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Type: Dissertação
Title: Avaliação de erosão interna em interfaces solo-concreto: estudo experimental e simulação de medida mitigadora
Title in English: Evaluation of internal erosion at soil-concrete interfaces: experimental study and simulation of a mitigating measure
Authors: Sousa, Karla Monique Oliveira de
Advisor: Dantas Neto, Silvrano Adonias
Keywords: Gradiente hidráulico;Interface solo-concreto;Rugosidade;Modelagem 3D
Issue Date: 2022
Citation: SOUSA, Karla Monique Oliveira de. Avaliação de erosão interna em interfaces solo-concreto: estudo experimental e simulação de medida mitigadora. 2022. 92f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil: Geotecnia) – Universidade Federal do Ceara, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil: Geotecnia, Fortaleza, 2022.
Abstract in Brazilian Portuguese: A erosão interna é o transporte de partículas de solo induzido pela percolação e é o principal modo de falha de barragens de aterro (46%). O carreamento de partículas do solo pode gerar maior risco de ruptura quando interage com estruturas adjacentes, devido ao grande potencial de caminhos preferenciais de percolação ao longo das interfaces. Essa maior vulnerabilidade na interface ocorre devido às propriedades geotécnicas contrastantes entre a massa de solo e a estrutura adjacente, as quais podem levar à formação de zonas instáveis, de tubos e de cavidades ao longo do contato e, consequentemente, à ruptura. Estudos experimentais e simulações numéricas têm sidos realizados para explorar o fenômeno de erosão interna interfacial, porém as modelagens realizadas não levam em consideração as propriedades contrastantes na interface solo-concreto. O objetivo deste trabalho é, portanto, analisar o fluxo de água em interfaces solo­estrutura a fim de avaliar a variável rugosidade da estrutura na permeabilidade do solo e a realizar uma simulação computacional tridimensional na interface, considerando a descontinuidade nesta região. Também é realizada a avaliação do muro em abraço como medida mitigadora do processo de erosão interfacial. A metodologia consta do desenvolvimento de um modelo experimental com diferentes rugosidades e alturas do solo em 1 cm, 3 cm e 5 cm, a fim de avaliar a influência da variável rugosidade na permeabilidade da massa de solo. A realização da modelagem se deu em três cenários para simular a interface do muro vertedouro em uma barragem de terra de 200 m de comprimento. O software SEEP/W da GEOSTUDIO foi utilizado para realizar as simulações. O primeiro cenário foi realizado sem interface e sem muro em abraço (maciço da barragem), o segundo com interface e sem muro em abraço e o terceiro com interface e um muro em abraço de 2 m de comprimento. Os resultados experimentais revelaram que quanto mais rugosa a superficie de concreto menor é a permeabilidade do sistema interface solo-concreto. Já os resultados da simulação numérica mostraram que: (i) a interface solo-concreto é mais vulnerável a fluxos de água e que o maciço da barragem ( cenário 1-cenário 2); e (ii) o muro em abraço proporcionou a diminuição de gradientes hidráulicos, demonstrando ser uma medida importante para mitigar o risco de erosão interna interfacial (cenário 3). Também foi observado uma compatibilidade entre os resultados do experimento e das simulações. Conclui-se que a abordagem experimento-simulação é útil para avaliar o risco de erosão interna ao longo de interfaces solo-concreto.
Abstract: Internal erosion is the transport of soil particles induced by percolation and is the main failure mode of embankment dams (46%). The carryover of soil particles can generate a greater risk of rupture when it interacts with adjacent structures, due to the great potential of preferential percolation paths along the interfaces. This greater vulnerability at the interface occurs due to the contrasting geotechnical properties between the soil mass and the adjacent structure, which can lead to the formation of unstable zones, tubes and cavities along the contact and, consequently, to rupture. Experimental studies and numerical simulations have been carried out to explore the phenomenon of internal interfacial erosion, but the models carried out do not take into account the contrasting properties at the soil-concrete interface. The objective of this work is, therefore, to analyze the water flow in soil-structure interfaces in order to evaluate the variable roughness of the structure in the soil permeability and to perform a three-dimensional computer simulation at the interface, considering the discontinuity in this region. The wall in embrace is also evaluated as a mitigating measure for the interfacial erosion process. The methodology consists of the development of an experimental model with different roughness and soil heights at 1 cm, 3 cm and 5 cm, in order to evaluate the influence of the roughness variable on the permeability of the soil mass. The modeling was carried out in three scenarios to simulate the interface of the spillway wall in a 200 m long earth dam. GEOSTUDIO's SEEP/W software was used to perform the simulations. The first scenario was carried out without an interface and without a embracing wall (dam massif), the second with an interface and without a embracing wall and the third with an interface and a 2 m long embracing wall. The experimental results revealed that the rougher the concrete surface, the lower the permeability of the soil-concrete interface system. The numerical simulation results showed that: (i) the soil-concrete interface is more vulnerable to water flows and that the dam massif (scenario 1-scenario 2); and (ii) the embracing wall provided the reduction of hydraulic gradients, proving to be an important measure to mitigate the risk of internal interfacial erosion (scenario 3). A compatibility between the results of the experiment and the simulations was also observed. It is concluded that the experiment-simulation approach is useful to assess the risk of internal erosion along soil-concrete interfaces.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/64540
Appears in Collections:DEHA - Dissertações defendidas na UFC

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