Dam-break due to overtopping failure: experiments in homogeneous earthfill dams

Abstract

This work physically simulates the effect of low and high flow rates and filling times of reservoirs and rupture due to overtopping (caused by intense rains) of small homogeneous silty-sand earthfill dams. The experiments seek to verify how input variations impact the formation of the breach and the rupture wave. The results show that different filling times, soil moisture and composition, and degree of compaction affect landfill saturation, failure time, and breach formation. The result confirms that smaller breaches with a higher degree of compaction led to a lower peak rupture flow compared to dams with low degree of compaction. The rupture hydrograph presents a faster descent stage than an exponential hydrograph. Simulations and models based on this law may minimize the effect of the dam-break wave, also impacting water resource decision-making for damage reduction. The results were extrapolated to a real prototype, providing information and a database for the studies of overtopping dam-break waves.

Este trabalho simula fisicamente o efeito de baixas e altas vazões e tempos de enchimento de reservatórios e ruptura por galgamento (devido a chuvas intensas) de barragens homogêneas de aterro de areia síltica. Os experimentos buscam verificar como essas condições impactam na formação da ruptura e da onda de ruptura. Os resultados mostram que diferentes tempos de enchimento, umidade e composição do solo e grau de compactação afetam a saturação, o tempo de falha e a formação de brechas. O resultado confirma que brechas menores com maior grau de compactação levaram a um menor pico de vazão de ruptura. O hidrograma de ruptura apresenta uma etapa de descida mais rápida que um hidrograma exponencial. Simulações e modelos baseados nesta lei podem estar minimizando o efeito da onda de rompimento de barragens, impactando também a tomada de decisões sobre recursos hídricos. Os resultados foram extrapolados satisfatoriamente para um protótipo real, fornecendo um banco de dados para este tipo de estudo.