An integrated model for simulation of construction phasing of arch concrete dams

Abstract

The construction of dams and their constructive phasing are extremely complex activities, which lead to very high costs and thus require optimization. However, this type of optimization is only assessed by the constructor trying to evaluate alternative scenarios compared to reference scenarios proposed by the designer himself. In this sense it must be increasingly an attempt to approach the integrated project delivery (IPD) approaches advocated by BIM philosophies. The developed framework intends to integrate several valences in an automated way and supported in software tools combine various capacities both in terms of modeling BIM models, but also of thermal calculations and also defining construction phasing. It is precisely in this line that is intended this dissertation. Therefore, in this study the main objective was the establishment of an integrated framework that would connect the modeling, the thermal calculation and dams constructive phasing according to an IPD. The developed framework will allow that an engineer in the design phase can already take into account a consequence weighted of alternatives and reference scenarios that are quickly investigated and let quickly combine the enormous impact that exists on decisions taken in very preliminary stages of the project. In the dissertation are presented the three developed computational tools related to the dam’s modelling, the thermal calculation and the constructive phasing. The dam was modelled through visual programming resorting to Dynamo, that in turn is interoperable with the others developed tools. The thermal analysis preconized by 2D finite difference with a non-linear heat generation and division between layers was implemented in MATLAB. The developed tool for the constructive phasing, equally implemented in MATLAB, is based in a cellular automata algorithm. Finally, is presented a proposed integrated framework containing all of these aspects and where are demonstrated its feasibility and utility.

A construção de barragens e o seu faseamento construtivo são atividades extremamente complexas, que acarretam custos muito elevados e que assim requerem otimização. No entanto este tipo de otimização só é avaliado por parte do construtor que tenta estudar cenários alternativos em relação a cenários de referência propostos pelo próprio projetista. Nesse sentido impõe-se cada vez mais uma tentativa de aproximação às abordagens de Integrated Project Delivery (IPD) preconizadas pelas filosofias BIM, nomeadamente através da integração entre várias valências de uma forma automática e com suporte a ferramentas informáticas combinar várias capacidades, quer ao nível da modelação para obter modelos BIM, como também dos cálculos térmicos e da definição dos faseamentos construtivos. Tendo por base estes princípios foi elaborada esta dissertação. Assim sendo, o principal objetivo deste trabalho consistiu no estabelecimento de um framework integrado que permite a ligação entre a modelação, o cálculo térmico e o faseamento construtivo de barragens, permitindo assim que um engenheiro na fase de conceção já consiga ter em conta uma consequência ponderada de alternativas e de cenários de referência que são rapidamente estudados e que permitem aliar o impacto sobre decisões que possam existir em fases muito preliminares do projeto. Na dissertação são apresentadas três principais ferramentas desenvolvidas referentes à modelação da barragem, ao cálculo térmico e ao faseamento construtivo. A barragem foi modelada através de programação visual com recurso ao Dynamo, que por sua vez é interoperável com as restantes ferramentas desenvolvidas. O cálculo térmico preconizado por diferenças finitas 2D com processo não linear de geração de calor e divisão entre camadas foi implementado no MATLAB. A ferramenta desenvolvida para o faseamento construtivo, igualmente implementada no MATLAB, é baseada num algoritmo de automação celular. No final apresenta-se uma proposta de um framework integrador contendo todos estes aspetos e onde é demonstrada a sua viabilidade e a sua utilização.