Gabriella Pinto Valentim
Título
ESTUDO DA FISSURAÇÃO TÉRMICA DE BLOCOS DE CONTRAFORTE DA UHE ITAIPU: ANÁLISE NUMÉRICA TERMO-QUÍMICO-MECÂNICA
Orientador(es)
Eduardo de Moraes Rego Fairbairn
Resumo
A usina hidrelétrica de Itaipu é líder mundial em energia limpa e renovável. Uma de suas estruturas, a barragem lateral direita composta por blocos de contraforte, começou a ser construída em 1978 e, em 1980, as primeiras fissuras já foram observadas. O surgimento de tensões de origem térmica em estruturas massivas, como esses blocos da barragem, pode ser explicado pelo modelo termo-químico-mecânico, que prevê aumento de temperatura no interior da massa de concreto, devido à hidratação do cimento. Com o objetivo de validar esse modelo para blocos de contraforte e verificar se essas fissuras observadas nos contrafortes de Itaipu são de origem térmica, o bloco foi modelado no software DamThe, tanto em Estado Plano de Tensões, quanto em 3D, simulando o bloco D38. Também foi feita uma análise de sensibilidade com o calor específico e condutividade térmica, além da verificação da hipótese alternativa de que as fissuras podem ter origem exclusivamente mecânica. Pelas simulações em Estado Plano de Tensões e 3D, foram obtidos resultados que se aproximam dos observados em campo, quanto à posição das fissuras nos blocos e quanto à temperatura desenvolvida no seu interior, comparada às temperaturas observadas nos termômetros. O modelo, já verificado em trabalhos anteriores, foi validado, pois conseguiu prever as temperaturas e a tendência a fissurar dos blocos, o que indica ser um programa confiável para projetar estruturas e antecipar fissurações indesejadas em estruturas massivas de concreto. Concluiu-se ainda, que as fissuras têm origem térmica, podendo receber também contribuição mecânica, mas não exclusivamente.
Abstract
The Itaipu hydropower plant is a world leader in clean and renewable energy. One of the main structures is the right bank dam, which is composed of buttress blocks. It was built in 1978 and in 1980 the first cracks were already observed. The thermo-mechanical mechanical model, which predicts an increase in temperature inside the concrete mass due to the hydration of the cement, explains the thermal stresses in massive structures, such as these dam blocks. In order to validate this model and verify if those cracks in Itaipu buttresses are thermal cracks, the block was modeled in DamThe software in Plane Stress State, and in 3D, simulating the D38 block. A sensitivity analysis was also carried out with specific heat and thermal conductivity parameters. An alternative hypothesis that the cracks may have an exclusively mechanical origin was also checked. Both Plane Stress State and 3D simulation achieved results that are close to those observed in the field regarding the position of cracks in the blocks and the temperature developed inside the blocks, compared to the temperatures observed in the thermometers. The model, already verified in previous works, was validated, as it was able to predict the temperatures and the tendency to crack. This indicates that it is a reliable program for designing structures and anticipating undesirable cracks in massive concrete structures. It was also noticed that the cracks have a thermal origin and may have a mechanical contribution, but not exclusively.
