Experimentos físicos de barragens de terra homogênea sujeitas ao galgamento

Abstract

Barragens são estruturas na qual sua construção sempre esteve associada ao benefício que trazem para a sociedade, permitindo o desenvolvimento de atividades essenciais em decorrência de seus múltiplos. Entretanto, essas estruturas estão sujeitas a falhas que podem levar ao seu rompimento. Excepcionalmente, no ano de 2020 foram reportadas 44 rupturas de barragens pela ANA que tiveram, em grande parte, como causa o galgamento, associado a eventos de intensa precipitação. Em sua maioria, esses acidentes ocorreram em barragens de terra. Assim, este trabalho possui como objetivo analisar o efeito de diferentes vazões e tempos de enchimento do reservatório no rompimento por galgamento em barragens de terra homogêneas, utilizando modelagem física. Neste viés, foi construído um modelo reduzido de uma barragem de terra hipotética em que foram realizadas três simulações físicas no qual foi simulado o enchimento rápido e lento do reservatório. O enchimento do reservatório ocorreu em duas etapas (que consistiu em divisões de alturas de níveis da barragem). Está divisão foi realizada com o objetivo de simular um reservatório que já estava operando com nível d’água máximo na borda livre e depois recebeu um incremento de vazão até a sua ruptura. Os resultados foram coletados através de iPad, cronômetro, medidor de vazão eletromagnético e um medidor de nível instalado no final do canal que registraram, respectivamente, fotos e vídeos, tempo dos processos, vazão e volume injetados e o nível de água correspondente a onda de ruptura ao longo do tempo. Os principais resultados foram em relação a percolação no maciço e as suas deformações, a mensuração da vazão na qual a estrutura rompeu, o tempo que a barragem levou para romper, a origem e evolução da brecha de ruptura, o hidrograma de ruptura e o balanço de massa do material que ficou retido no barramento e o material que foi carregado pela onda de ruptura. Conclui-se que as diferentes distribuições temporais do enchimento do reservatório afetam o rompimento de barragens de terra, principalmente em relação a saturação do maciço. Não é apenas um parâmetro de forma isolada o único responsável pela ruptura e sim um conjunto de parâmetros como grau de compactação, percolação do maciço e origem da brecha. A forma como é realizado o enchimento do reservatório impacta na forma como o maciço vai se comportar e isso contribui diretamente para a formação da brecha. A evolução da brecha de ruptura sofreu significativas deformações nos segundos iniciais após a ruptura.

Dams are structures in which their construction has always been associated with the benefit they bring to society, allowing the development of essential activities as a result of their multiples. However, these structures are subject to failures that can lead to their rupture. Exceptionally, in 2020, 44 dam failures were reported by the ANA, which were largely due to overtopping, associated with events of intense tension. Most of these accidents occurred in earth dams. Thus, this work aims to analyze the effect of different outflows and reservoir filling times on failure by overtopping in transparent earth dams, using physical modeling. In this case, a limited model of a hypothetical earth dam was built in which three physical simulations were performed in which the fast and slow filling of the reservoir was simulated. Filling of the reservoir in two stages (which consists of divisions of heights of dam levels). This mission was carried out with the objective of simulating a reservoir that was already operating with maximum water level at the free edge and then received an increase in flow until its rupture. The results were collected using an iPad, a stopwatch, an electromagnetic flow meter and a level meter installed at the end of the channel, which recorded, respectively, photos and videos, process times, injected flow and volume and the water level corresponding to the wave of rupture over time. The main results were in relation to the percolation in the massif and its deformations, the measurement of the flow in which the structure broke, the time that the dam took to break, the origin and evolution of the breach, the hydrograph of rupture and the balance mass of the material that was retained in the busbar and the material that was carried by the rupture wave. It is concluded that there are different temporary distributions of reservoir filling and rupture of earth dams, mainly in relation to the saturation of the massif. It is not just an isolated shape parameter that is solely responsible for the failure, but a set of intervals such as the degree of compaction, percolation of the massif and the origin of the breach. The way in which the reservoir is filled impacts the way the massif will behave and this directly contributes to the formation of the breach. The evolution of the rupture breach suffered serious deformations in the initial seconds after the rupture.