A relação do fenômeno de ruptura hidráulica em maciços de barragens de terra e o mau funcionamento de vertedores do tipo poço

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A relação do fenômeno de ruptura hidráulica em maciços de barragens de terra e o mau funcionamento de vertedores do tipo poço

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Title: A relação do fenômeno de ruptura hidráulica em maciços de barragens de terra e o mau funcionamento de vertedores do tipo poço
Author: Maria da Gloria Braz de Oliveira
Orientador: Raul Zanoni Lopes Cancado
Banca:
Presidente: Raul Zanoni Lopes Cancado
Orientador: Jorge Felippe da Silva Filho
Membro: George Eduardo Sales Valadao; Claudio Lucio Lopes Pinto; Nilo de Oliveira Nascimento
Subject: Engenharia metalúrgica Teses.; Tecnologia mineral Teses; Engenharia de minas Teses.
Palavra-chave: Hidráulicas de vertedores; barragens de terra; instalação de maciços de barragem de terra
Date: 25-02-2003
Publisher: UFMG
Abstract: O estudo dos efeitos da admissão de ar em estruturas hidráulicas é matéria que envolve muitas áreas do conhecimento e possui grande relevância na formulação de critérios de projeto e operação de obras de engenharia. A interação entre líquidos e gases provoca a entrada natural de bolhas de ar no seio da massa líquida em superfície livre, como no caso dos poços verticais, ou, artificialmente, quando se deseja atenuar os efeitos da cavitação. Neste contexto, as técnicas de modelagem são freqüentemente utilizadas para o projeto de muitas destas estruturas. Para os vertedores com emboque tipo poço ou tulipa, o fenômeno do arrastamento de ar não é perfeitamente conhecido e, por isso, há a necessidade de se utilizar modelos físicos para estudá-los. Por outro lado, a instabilidade de maciços de terra, causada pelos fenômenos de ruptura hidráulica, esses provenientes das vibrações induzidas através das juntas de dilatação da estrutura transversal, submetida a um funcionamento hidráulico inadequado, necessitam de modelagem matemática, uma vez que a modelagem física em solos coesivos apresenta, ainda, dificuldades de ser representada. Diversos pesquisadores estudaram o problema de arrastamento de ar em poços verticais seja com emboque tipo tulipa ou com emboque tipo vórtice, porém, ainda não aplicaram e relacionaram os resultados das suas pesquisas à Mecânica dos Solos e Geotecnia.Com o objetivo de vir a preencher tal lacuna, este trabalho apresenta uma seqüência metodológica para a verificação da instabilidade de maciço de terra causada pelo mau funcionamento de estrutura hidráulica tipo poço, com o apoio de modelo para análise de fluxo permanente em meios porosos saturados. Visando demonstrar a factibilidade de tal proposta metodológica, foi implementada sua aplicação para a barragem da Pampulha, em Belo Horizonte. Esse estudo avaliou as pressões exercidas pelas juntas de dilatação e vibrações do túnel de um vertedor tipo tulipa, causadas pelo seu mau funcionamento hidráulico, associando-o ao estudo das sub e sobrepressões hidráulicas atuantes no maciço da barragem.Os resultados, aqui obtidos, poderão ser utilizados na identificação de limites de fadiga em maciços de terra com determinado grau de compactação e acomodação, bem como, na identificação e determinação da freqüência das descargas limites aceitáveis de vertedores do tipo poço. Possibilitarão, também, a adequação de medidas estruturais, quando do projeto e construção dessas estruturas e não estruturais na planície de inundação, caso ocorram cheias catastróficas.
Resumo em lingue estrangeira: Knowledge of the effects of air entrainment in hydraulic structures is a matter that involves many science areas and is of a great relevance to the formulation of design and operational criteria of engineering works. The interaction between liquids and gases results in natural entrainment of air bubbles into the liquid mass, as exemplified by flow in shaft spillways, as well as in artificial aeration, when attenuation of cavitations effects is desired.bIn such a context, modeling techniques are frequently used for designing hydraulic structures. As shaft and morning glory type spillways are concerned, the air entrainment phenomenon is not perfectly known, thus implying in testing their behavior in physical models. In the order hand, the instability of earthen-filled dams as caused by hydraulic disaggregation phenomenon; these due to vibrations and highly fluctuating pressures induced by existing expansion joints along the crossing structure under inadequate hydraulic functioning, needs mathematical modeling since physical modeling of cohesive soils still shows difficulties to the represented. Several researchers have studied the problem of air entrainment in shaft spillways with both vortex type or morning glory type intakes. However, they have not attempted to relate their findings to the Soil Mechanics and geothechnical fields. Aiming to fulfill void, this work presents a methodological sequence concerned to verify the instability of earthen dams as caused by malfunctioning of shaft type hydraulic structures, with the support of a mathematical model for analyzing steady flow through saturated porous media. With the additional objective of demonstrating the feasibility of such a ethodology, its application to the Pampulha dam, located in the Brazilian city of Belo Horizonte, has been successfully implemented. Briefly, in this study the pressures as resulting from expansion joints and tunnel vibrations, have been evaluated and associated to fluctuating negative and positive pressures inside an earthen dam, subjected to a malfunctioning morning glory type spillways. The results of this research may be used to identify fatigue limits in earthen dams with a given consolidation degree, as well as to identify and to provide information on the frequency of acceptable limiting release discharges from morning glory type spillways. This will certainly help checking the adequacy of flood-reducing structural measures and, in case of catastrophic floods, the proposal of additional non-structural measures for flood mitigation.
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-8DPJP5

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