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http://hdl.handle.net/1843/BUOS-9KYHX3| Tipo: | Dissertação de Mestrado |
| Título: | Avaliação das probabilidades de falhas em barragens, associadas a eventos de naturezas hidráulicas e hidrológicas: estudo de caso da PCH Cajuru |
| Autor(es): | Fernando Neves Lima |
| Primeiro Orientador: | Mauro da Cunha Naghettini |
| Primeiro Coorientador: | Terezinha de Jesus Esposito |
| Resumo: | A definição do risco associado à potencial ruptura de uma barragem constitui um problema corrente na engenharia. As barragens têm um papel importante na sociedade e o colapso de tais estruturas traz consigo desastres de grandes dimensões. A presente dissertação buscou sistematizar os métodos quantitativos mais empregados para a avaliação da probabilidade de galgamento de uma barragem, causado por eventos de naturezas hidráulicas e hidrológicas, e aplicá-los em estudos de caso. Para tanto utilizou-se aqui do método da árvore de falhas (Fault Tree Analysis - FTA), a técnica de simulação numérica conhecida como Simulação de Monte Carlo e ainda o método da árvore de eventos (Event Tree Analysis - ETA). No que concerne ao primeiro método, o objetivo foi o de descrever uma aplicação do método da árvore de falhas na avaliação da probabilidade de falha de uma comporta do tipo segmento, componente do vertedouro de uma barragem. Embora pareça ser pouco explorado na literatura técnica, com poucas aplicações no domínio da engenharia de recursos hídricos, o método FTA apresentou-se bastante útil e promissor em suas aplicações nessa área do conhecimento. Nesta análise por árvore de falhas, o evento de topo foi definido como a falha de uma das oito comportas que compõem o vertedouro de superfície da pequena central hidrelétrica de Cajuru, localizada no rio Pará, no centro-sul de Minas Gerais. Todos os mecanismos e princípios de funcionamento da comporta foram analisados. O resultado obtido foi considerado satisfatório e compatível com os resultados de estudos semelhantes reportados na literatura. Na sequência, a técnica da simulação de Monte Carlo foi utilizada com o intuito de avaliar a probabilidade de galgamento da barragem de Cajuru, em decorrência de uma cheia de determinado tempo de retorno, considerando as incertezas presentes na análise local de frequência de vazões máximas anuais. O método de Monte Carlo, ao ter em conta as incertezas das estimativas de eventos de dado tempo de retorno, demonstrou ser de muita utilidade na avaliação completa da probabilidade de galgamento. No caso em estudo, a simulação mostrou que a barragem de Cajuru apresenta grau não desprezível de vulnerabilidade a eventos de grandes magnitudes. Por fim, houve uma aplicação da árvore de eventos que se revelou muito útil para identificação das sequências de eventos, caso as cheias de maiores tempos de retorno afluíssem ao reservatório da barragem de Cajuru. Apesar de ser amplamente difundida no meio técnico a adoção de probabilidades via julgamento por especialistas, esta pesquisa empregou uma abordagem diferente, com a atribuição de probabilidades na ETA feita através da árvore de falhas e da simulação de Monte Carlo, apresentando resultados para a possível ocorrência de galgamento compatíveis com valores divulgados em literatura. |
| Abstract: | The concept of risk related to the potential breach of a dam is a current problem in engineering. Dams have an important role in society and the breakdown of such structures carries large disasters. This work aimed to summarize the quantitative methods, which most have been widely used, to evaluate the probability of a dam overtopping, caused by events of hydraulic and hydrological nature and apply them in case study. To this end, the fault tree analysis method (FTA), the technique of numerical simulation known as Monte Carlo simulation and event tree analysis method (ETA) have been used. In the first method, the goal was to describe an application of the Fault Tree Analysis to evaluate the probability of failure of a tainter gate of a dam spillway. Although FTA does not seem to be a well explored method in the technical literature, with just a few applications in the domain of water resources engineering, the focused method has proved to be useful and practical. In this analysis, the top event was defined as a failure at one of eight spillway gates that compose the surface of the small hydropower plant of Cajuru, located in the Pará river, in the brazilian state of Minas Gerais. All gate mechanisms and operating principles have been analyzed. The final result was considered satisfactory and compatible with those obtained in reported similar studies. In sequence, the Monte Carlo simulation was used with the objective to evaluate the probability of overtopping of Cajuru dam, due to a flood of a certain return period, considering the uncertainties in the local frequency analysis of maximum annual discharge. The Monte Carlo method, which account with the uncertainties of estimates of certain return period events, showed that can be useful in the complete evaluation of the probability of overtopping. In case study, the simulation showed that Cajuru dam has a not negligible degree of vulnerability to events with great scale. Finally, an application of event tree analysis was made, which revealed very useful for identification of sequences of events, if the floods with bigger return periods reached to Cajuru reservoir. Although be widely spread in the technical field the adoption of probabilities by judgement of experts, this research used a different approach, with assignment of probabilities in the ETA by fault trees and Monte Carlo simulation, showing compatibles results for the possible overtopping with values reported in literature. |
| Assunto: | Método de Monte Carlo Recursos hídricos Desenvolvimento Avaliação de riscos ambientais Engenharia sanitária |
| Idioma: | Português |
| Editor: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Sigla da Instituição: | UFMG |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/BUOS-9KYHX3 |
| Data do documento: | 21-Fev-2014 |
| Aparece nas coleções: | Dissertações de Mestrado |
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