As grandes barragens abóbada são constituídas por blocos verticais separados por juntas de contração, que permitem a contração do betão por dissipação do calor (Silva, 2013), e que são posteriormente injetadas com caldas de cimento. O comportamento dinâmico global do sistema barragem-fundação-albufeira (Figura 2.8) é condicionado de forma significativa pela interação dinâmica entre a estrutura e a água, pela possibilidade de ocorrência de movimentos relativos entre blocos e/ou ao nível de outro tipo de descontinuidade, quer no corpo da obra quer no maciço de fundação.
No que diz respeito à barragem, nas obras em serviço é habitual o aparecimento de fissuras no corpo destas, em locais onda a resistência à tração é menor (e.g. segundo as juntas de betonagem), que podem influenciar o comportamento estrutural em função da sua profundidade, extensão e localização. Por outro lado, nas barragens abóbada é frequente surgirem fendas a montante na base da barragem paralelamente à inserção, devido às elevadas trações que se registam nessas zonas devido à ação da pressão hidrostática (tensões segundo a consola). Nesse caso, pode ser vantajosa a opção de implementar a construção de uma junta perimetral, também paralela à inserção, que permita acomodar os deslocamentos provocados pela pressão da água e evitar a concentração dessas tensões e consequentemente a fendilhação do betão. (Fanelli, 1999). Além destes aspetos pode dar-se a ocorrência de fendas devido à ocorrência de reações expansivas no interior do betão (como o demonstram os casos da barragem da Aguieira e do Alto Ceira).
Relativamente ao maciço rochoso da fundação, o seu comportamento é condicionado pela eventual existência de falhas geológicas e pela presença de famílias de diaclases, sendo que estas descontinuidades estão geralmente preenchidas com materiais muito deformáveis e de baixa resistência (Oliveira, 2000; Oliveira, et al., 2006). Por outro lado, durante a ocorrência de sismos, nomeadamente de grande intensidade, pode dar-se o deslizamento de blocos rochosos no maciço, junto à obra e nas encostas a montante e jusante, e podem surgir novas fendas tanto no corpo das barragens como na inserção e na própria fundação (Chopra, et al., 1984; Chopra, et al., 1992). Importa referir ainda que a presença de água pode provocar o aumento das subpressões no interior
das várias descontinuidades (na fundação e em juntas de construção) devido à abertura e fecho destas durante a resposta dinâmica do sistema (Uchita, et al., 2005).
Figura 2.8 – Sistema barragem-fundação-albufeira e modelo de elementos finitos.
Quanto à interação dinâmica da barragem com a albufeira, convém notar a importância do nível da água no comportamento e consequente resposta global do sistema barragem-fundação-albufeira. Quando se verificam cotas de água elevadas, ocorre um acréscimo da rigidez global do corpo da barragem pois as juntas de contração tendem a fechar, desenvolvem-se pressões hidrodinâmicas no paramento de montante, o efeito de amortecimento2 relacionado com a propagação das ondas de pressão na água tende a assumir maior relevância, e a subida do nível da albufeira pode desencadear fenómenos de sismicidade induzida (Chen, 2004). Por outro lado, a acumulação de sedimentos no fundo da albufeira pode ter um efeito de acréscimo de massa, influenciar os mecanismos de radiação/reflexão das ondas de pressão na água na interface água-rocha (Pedro, et al., 1996; Bouaanani, et al., 2008) e provocar um acréscimo de pressões no paramento de montante, no caso da massa específica destes ser elevada e a altura da camada de sedimentos ser relevante. Outro aspeto a ter em conta é a interação dinâmica do sistema com estruturas (ou outras massas externas anexas ao sistema) que estão diretamente ligadas ao
2 Os sistemas de observação e monitorização em contínuo destas obras podem ser relevantes para estudar os
mecanismos de amortecimento do conjunto barragem-fundação-albufeira, nomeadamente a importância do nível da albufeiro no valor dos amortecimentos modais. Por outro lado, caso se considerem nos modelos numéricos um amortecimento do conjunto não proporcional à massa e rigidez do conjunto, os sistemas de monitorização referidos podem permitir a análise da existência dos modos complexos que vão surgir nestes modelos (Mendes, 2010).
corpo da barragem, como a central de produção de energia e as torres de tomadas de água (Espada, 2010).
No âmbito da presente dissertação pretende-se explorar e analisar as diferenças na interação dinâmica da albufeira com a estrutura, tanto ao nível das frequências naturais e configurações dos modos de vibração, como da resposta global da estrutura ao nível dos campos de deslocamentos e tensões, simulando a albufeira de forma distinta com dois modelos: utilizando as massas de água associadas (Westergaard, 1933) ou discretizando a albufeira em elementos finitos de pressão e utilizando a equação de propagação das ondas de pressão na água.
Por fim, o conjunto barragem-fundação-albufeira pode estar sujeito a várias ações que devem ser tidas em conta tanto nos sistemas de observação do comportamento como na elaboração, desenvolvimento e interpretação dos modelos de previsão do comportamento estrutural, a saber: i) Ações externas (ações da água, ações térmicas, sísmicas etc.) e ações internas
(reações químicas, variações de volume termo-higrométricas, etc.);
ii) Ações de serviço (peso próprio, pressão hidrostática, variações térmicas ambientais, etc.) ou ações excecionais (sismos intensos, galgamentos, deslizamentos na fundação, etc.);
iii) Ações estáticas (peso próprio, pressão hidrostática, etc.) ou dinâmicas (sismos, vibrações devidas à operação da turbinas, etc.);
iv) Ações devidas a forças aplicadas (peso próprio, pressão hidrostática, forças de inércia provocadas por ações sísmicas, etc.) ou devidas a deformações impostas (movimentos de fundação, variações de temperatura, expansões, etc.);
v) Ações mais importantes no período construtivo (peso próprio dos blocos, arrefecimento devido à libertação do calor de hidratação do cimento nas várias camadas de betonagem, pressão das injeções nas juntas de contração ou na fundação, etc.), no período de primeiro enchimento (pressão hidrostática, movimentos de readaptação da fundação, arrefecimento do paramento de montante devido à subida da água, etc.) ou no período de exploração normal (pressão hidrostática, variações térmicas ambientais, expansões, sismos, etc.); etc.
Convém notar que as ações referidas anteriormente não solicitam de forma isolada a estrutura, pelo que é necessário analisar e estudar os efeitos das combinações de ações a considerar no cálculo (no entanto, é sempre importante e interessante analisar qual o efeito isolado e a resposta estrutural para uma determina ação, seja estática ou dinâmica). As combinações de ações a utilizar devem, assim, englobar de forma criteriosa as diferentes solicitações por forma a representar e simular de forma adequada e realista a situação em estudo e o comportamento da estrutura, nas diversas fases de vida da obra e diferentes épocas anuais.