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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/39602| Título: | Estudo comparativo entre os métodos teórico, computacional e experimental em modelo reduzido na análise da percolação de água em barragem homogênea de areia |
| Título(s) alternativo(s): | Comparative study between theoretical, computational and experimental methods in a reduced-scale model for the analysis of water percolation in a homogeneous sand dam |
| Autor(es): | Rossa, Anne Elise Velho Barionuevo, Eduarda Aiolfi Rissardi, Marcelo Cesa |
| Orientador(es): | Sabbi, Volmir |
| Palavras-chave: | Percolação Barragens de terra Drenagem Percolation Earth dams Drainage |
| Data do documento: | 1-Dez-2025 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Pato Branco |
| Citação: | ROSSA, Anne Elise Velho; BARIONUEVO, Eduarda Aiolfi; RISSARDI, Marcelo Cesa. Estudo comparativo entre os métodos teórico, computacional e experimental em modelo reduzido na análise da percolação de água em barragem homogênea de areia. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Civil) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Pato Branco, 2025. |
| Resumo: | A segurança e a estabilidade de barragens de terra estão amplamente relacionadas ao conhecimento dos fenômenos de percolação da água e de erosão interna no maciço, que, quando subestimados, podem ocasionar graves acidentes e o colapso dessas estruturas. Diante disso, o presente estudo busca compreender o comportamento do fluxo de água em diferentes configurações de sistemas de drenagem interna, analisando a redução das poropressões e a influência dessas variações na estabilidade global da estrutura por meio do método teórico, computacional e experimental em modelo reduzido. A metodologia empregada consistiu inicialmente na caracterização física e hidráulica do material granular (areia) por meio de ensaios laboratoriais, a partir dos quais foram obtidos o formato dos grãos, a distribuição granulométrica e o coeficiente de permeabilidade (k). Em seguida, foram definidas quatro diferentes configurações de barragens, todas baseadas na mesma geometria básica, com inclinação dos taludes a montante e a jusante de 1:1,5 (V:H), altura total de 40 cm, com o nível de água a montante mantido constante em 35 cm. As seções analisadas foram: (i) barragem puramente homogênea; (ii) com filtro de pé de talude; (iii) com filtro horizontal; e (iv) com filtro tipo chaminé. Os filtros foram confeccionados com material mais permeável que a areia e envolvidos por manta geotêxtil, a fim de impedir a migração de partículas finas e garantir a eficiência do sistema de drenagem. Para cada configuração, aplicou-se o método teórico-gráfico visando à determinação das linhas de fluxo e das equipotenciais, complementado pela simulação computacional com o software de elementos finitos SEEP/W, que possibilitou analisar os mesmos parâmetros. Por fim, foram construídos os modelos físicos reduzidos com o intuito de reproduzir experimentalmente as condições de percolação e observar, de forma prática, a influência das diferentes configurações sobre a dissipação das pressões neutras e a posição das linhas freáticas. Os resultados obtidos indicam correlação entre os métodos teórico, computacional e experimental, evidenciando a coerência entre as abordagens utilizadas. Além de confirmar a convergência entre as abordagens, o modelo reduzido mostrou-se um recurso didático-pedagógico em potencial, permitindo a visualização do fenômeno de percolação e facilitando a compreensão de conceitos de Mecânica dos Solos. Conclui-se que a integração entre os métodos teórico, computacional e experimental constitui uma ferramenta didática para o estudo da percolação em barragens de terra, oferecendo subsídios tanto para o aprimoramento do ensino quanto para o avanço das práticas de engenharia geotécnica. |
| Abstract: | The safety and stability of earth dams are closely linked to the understanding of water seepage and internal erosion phenomena within the embankment, which, when underestimated, can lead to severe accidents and structural failure. In this context, the present study aims to investigate the behavior of water flow in different configurations of internal drainage systems, analyzing the reduction of hydrostatic pressures and the influence of such variations on the overall stability of the structure through theoretical, computational, and reduced-scale experimental approaches. The methodology initially involved the physical and hydraulic characterization of the granular material (sand) through laboratory tests, from which the grain shape, particle-size distribution, and permeability coefficient (k) were obtained. Subsequently, four different dam configurations were defined, all based on the same basic geometry, with upstream and downstream slope inclinations of 1:1.5 (V:H), a total height of 40 cm, and the upstream water level maintained constant at 35 cm. The sections analyzed were: (i) a purely homogeneous dam; (ii) a dam with a toe drain filter; (iii) a dam with a horizontal filter; and (iv) a dam with a chimney filter. The filters were made with material more permeable than the sand and wrapped in geotextile fabric to prevent fine particle migration and ensure the efficiency of the drainage system. For each configuration, the theoretical–graphical method was applied to determine flow lines and equipotential lines, complemented by numerical simulation using the finite element software SEEP/W, which allowed the assessment of the same parameters. Finally, reduced-scale physical models were constructed to experimentally reproduce seepage conditions and observe, in practice, the influence of each configuration on the dissipation of pore pressures and the position of the phreatic surface. The results demonstrated a strong correlation among the theoretical, computational, and experimental methods, validating the integrated methodology proposed. In addition to confirming the convergence of the approaches, the reduced-scale model proved to be a valuable didactic–pedagogical tool, enabling the visualization of the seepage phenomenon and facilitating the understanding of Soil Mechanics concepts. It is concluded that the integration of theoretical, computational, and experimental methods constitutes an effective educational tool for the study of seepage in earth dams, providing support for both improved teaching and advancements in geotechnical engineering practice. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/39602 |
| Aparece nas coleções: | PB - Engenharia Civil |
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