[en] DEVELOPMENT OF A PHYSICAL MODEL FOR SIMULATING EROSION PROCESSES DOWNSTREAM OF SPILLWAY STRUCTURES

• Main Author: ANTONIO JOSE NUNES PINTO JUNIOR
• Other Authors: EURIPEDES DO AMARAL VARGAS JUNIOR
• Language: pt
• Published: MAXWELL 2019
• Subjects: [pt] EROSAO; [en] EROSION; [pt] MODELO FISICO; [en] PHYSICAL MODEL; [pt] CELULA CILINDRICA; [en] CYLINDRICAL CELL; [pt] ESFORCOS HIDRODINAMICOS; [en] EFFORTS HYDRODYNAMICS
• Online Access: https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=39463@1; https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=39463@2; http://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.39463

[pt] Em geral a segurança das estruturas hidráulicas, em particular das barragens é muitas vezes ameaçada devido à formação de erosão próximo as fundações em conseqüência das altas velocidades dos jatos que partem dos vertedouros atingindo os maciços rochosos a jusante. O fenômeno de erosão envolve uma complexa interação entre processos hidráulicos e mecânicos. Um dos principais problemas no desenvolvimento dos métodos para estudo de erosões em rocha, esta associados ao entendimento dos complexos fenômenos físicos envolvidos no processo, cuja maioria não pode ser descritos e nem testados em escala de laboratório. A observação de fenômenos naturais, a avaliação do desempenho de estruturas hidráulicas, juntamente com a realização de experimentos em nível de laboratório e o desenvolvimento de modelos analíticos e numéricos têm contribuído muito para o entendimento dos mecanismos envolvidos no processo de erosão. Neste contexto, com o apoio da empresa Eletrobrás Furnas, o presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo físico implantado no laboratório de geotecnia da PUC-Rio, o qual possibilita a compreensão do processo físico de movimentação dos blocos rochosos durante a erosão, além da verificação e calibração de modelos numéricos a serem desenvolvidos. Inicialmente são abordados aspectos básicos sobre o comportamento mecânico e hidráulico dos maciços rochosos fraturados, evidenciando as propriedades das descontinuidades, além da importância destes aspectos no comportamento dos maciços ao efeito erosivo. O segundo capitulo apresenta o objeto de estudo deste trabalho, que é, o entendimento do fenômeno erosivo de maciços rochosos fraturados a jusante de dissipadores do tipo salto esqui, sendo abordado os aspectos hidráulicos e geomecânicos básicos envolvidos e os métodos existentes para a avaliação da erosão. O terceiro capítulo apresenta a proposta da célula cilíndrica desenvolvida, sendo descrito aspectos importantes, tais como a escolha do tipo de material, detalhamento e dimensionamento da célula. O próximo capítulo tem como intuito principal apresentar inicialmente os diferentes equipamentos utilizados nos ensaios juntamente com o sistema de aquisição de dados desenvolvido. Sendo também apresentada a metodologia utilizada para execução dos ensaios. O penúltimo capítulo apresenta a descrição dos ensaios realizados, os quais buscaram o melhor entendimento comportamento dos blocos rochosos durante o processo erosivo que ocorre a jusante de vertedouros. Os resultados experimentais obtidos pelo modelo físico desenvolvidos são apresentados, mostrando que é um importante equipamento de análise experimental para a previsão de processos erosivos a jusante de vertedouros, mas que também pode servir como suporte para a verificação e a calibração de modelos numéricos a serem desenvolvidos, os quais poderão servir como medidas de engenharia para mitigação do fenômeno erosivo. === [en] In general the safety of hydraulic structures, particularly dams is often threatened due to the formation of erosion around the foundations as a result of high speeds of the jets leaving the spillways reaching solid rock downstream.The erosion phenomenon involves a complex interaction between processes hydraulic and mechanical. A major problem in developing methods for study of erosion in rock, associated with this understanding of complex physical phenomena involved in the process, most of which can not be described nor tested in scale laboratory.The observation of natural phenomena, the performance evaluation of hydraulic structures, along with performing experiments in laboratory level and the development of analytical models and numbers have contributed greatly to the understanding of the mechanisms involved in the process of erosion.In this context, with the support of the company Eletrobrás Furnas, this paper presents the development of a physical model implemented in geotechnical laboratory at PUC-Rio, which furthers our understanding of physical process of transferring blocks of rocks during erosion, beyond verification and calibration of numerical models to be developed.Initially, it discusses basic aspects of the behavior mechanical and hydraulic fractured rock masses, showing the properties of the discontinuities and the importance of these aspects in behavior of the massive erosive effect.The second chapter presents the object of the present study, that is, the understanding of the phenomenon of erosive fractured rock masses downstream sinks like ski jumping, and discussed aspects basic hydraulic and geomechanical involved and existing methods for the assessment of erosion.The third chapter presents the proposal of the cylindrical cell developed as described important aspects such as choice the type of material, detail and scale of the cell.The next chapter is the primary purpose to present initially different equipment used in the tests with the system developed data acquisition. Is also presented methodology used to perform tests. The penultimate chapter presents a description of the tests, the which sought to better understand the behavior of rock blocks during the erosion process that occurs downstream of spillways. The experimental results obtained by physical model is developed presented, showing that it is an important analytical equipment experimental prediction of erosion downstream spillway, but it can also serve as support for verification and calibration of numerical models to be developed, which can serve as engineering measures to mitigate the erosion phenomenon.