I. INTRODUÇÃO II. CONSTRUÇÃO DOS EQUIPAMENTOS

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1 1 Obtenção de propriedades do enrocamento para análise de barragens de enrocamento com face de concreto D. D. Loriggio, UFSC; M. Maccarini, UFSC; P. R. Senem, Leme Engenharia; D. Pacheco, Leme Engenharia; M. W. Moura, UFSC; A. Watzko, Leme Engenharia. Resumo - Este trabalho aborda os aspectos da pesquisa Otimização de Barragens de Enrocamento com Face de Concreto, do programa P&D da Tractebel Energia, referentes à obtenção de parâmetros do enrocamento para serem usados em análises numéricas de barragens de enrocamento com face de concreto. Inicialmente são apresentados aspectos ligados à construção de equipamentos para ensaios de compressão uniaxial e triaxial, o desenvolvimento da metodologia para a realização desse tipo de ensaio e a obtenção de parâmetros necessários à análise numérica à partir de amostras de grandes dimensões. Mostra-se, também, a utilização da grande quantidade de dados de auscultação da barragem de Itá para a obtenção de módulos de deformabilidade adequados para a aplicação em análises numéricas. Palavras-chave Análise numérica, auscultação, barragem de enrocamento, ensaios de enrocamento, módulo de deformabilidade. I. INTRODUÇÃO As barragens de enrocamento com face de concreto são, ainda hoje, projetadas com critérios praticamente empíricos. A utilização da análise numérica, que é uma realidade nas mais diversas áreas da engenharia, ainda não é uma ferramenta usual para o desenvolvimento do projeto deste tipo e barragem. Um dos problemas a ser resolvido para uma utilização mais efetiva das análises numéricas nesse tipo de projeto é a extrema sensibilidade das análises a aos parâmetros dos materiais. Portanto, um cuidado especial deve ser dado à determinação desses parâmetros. Este trabalho vai enfocar duas frentes para a aquisição de parâmetros de materiais de enrocamento: a área de ensaios de laboratório e a análise dos resultados da auscultação. Na área de ensaios existe a necessidade do desenvolvimento de ensaios capazes de determinar de maneira representativa os parâmetros dos materiais de enrocamento. Para tanto, é necessário utilizar equipamentos compatíveis e desenvolver uma metodologia adequada. Os autores agradecem à Tractebel Energia pelo apoio e o financiamento da pesquisa Otimização do Projeto de Barragens de Enrocamento com Face de Concreto, cujos resultados são apresentados parcialmente neste artigo. D.D.Loriggio, Doutor, Professor Titular do Departamento de Engenharia Civil da UFSC ( d.loriggio@gmail.com). M. Maccarini, PhD, Professor Titular do Departamento de Engenharia Civil da UFSC ( ecv1mac@ecv.ufsc.br). P.R.Senem, Msc, Engenheiro da Leme Engenharia Ltda e aluno do Doutorado em Engenharia Civil da UFSC ( senem@leme.com.br) D. Pacheco, engenheira da Leme Engenharia Ltda Ltda e aluna do mestrado em engenharia civil UFSC ( debora@leme.com.br) M.W.Moura, Msc, aluno do Doutorado em Engenharia Civil da UFSC. A. Watzko, engenheiro da Leme Engenharia Ltda e aluno do mestrado em engenharia civil UFSC ( aires@leme.com.br). Atualmente as barragens de enrocamento têm sido instrumentadas com a finalidade de se observar, principalmente, os deslocamentos e infiltrações ao longo da vida útil da barragem. O controle dos deslocamentos permite verificar hipóteses adotadas durante a fase de projeto, bem como obter características dos materiais utilizados na construção mais próximas da realidade. O mesmo controle permite acompanhar o desempenho da estrutura durante a sua utilização. O acompanhamento dos resultados da auscultação pode aumentar a segurança da barragem, com a definição de níveis de alerta, a partir dos quais a barragem deixaria de funcionar em níveis considerados normais. A definição desses níveis pode ser feita a partir de previsões teóricas e do estudo de obras similares. Apesar dos benefícios citados da instrumentação, ela ainda pode fornecer resultados valiosos na retroanálise do comportamento estrutural e para pesquisa, que podem melhorar a qualidade do projeto de obras futuras. Essa área ainda é pouco explorada, de uma maneira geral, e este trabalho vai tratar de discutir assuntos importantes para um maior aproveitamento dos resultados de instrumentação. A análise numérica pode ser uma ferramenta poderosa nesses estudos. E estudos nessa área da modelagem da barragem podem contribuir para uma otimização em várias á- reas, tal como no zoneamento do corpo da barragem. II. CONSTRUÇÃO DOS EQUIPAMENTOS Uma proposta da presente pesquisa, na área de ensaios, foi de desenvolver estudos sobre a Mecânica dos Enrocamentos na UFSC com o objetivo de caracterizar e buscar o entendimento do comportamento geomecânico dos mesmos, desenvolvendo uma metodologia de testes para a obteção de parâmetros destes materiais que servirão de parâmetros para as análises numéricas e para o projeto de barragens de enrocamento com face de concreto. Neste sentido, foram desenvolvidas duas metodologias: uma para ensaio de compressão unidimensional e outro para ensaios triaxiais, ambos utilizando amostras de grandes dimensões, necessárias para representar adequadamente a distribuição granulométrica de enrocamentos dos protótipos. Prioritariamente, desenvolveu-se o equipamento para a condução de testes de compressão unidimensional, tendo em vista que boa parte deste equipamento já havia sido doada ao Laboratório de Mecânica dos Solos da UFSC pela empresa Tractebel Energia. Através do projeto de pesquisa foram projetados, desenvolvidos e adquiridos componentes complementares, tais como o sistema hidráulico de aplicação de cargas, o sistema de aquisição de dados, sensores de medição de força, de deslocamento, de deformações ( strain ga-

2 2 ges ), entre outros. A prensa já havia sofrido anteriormente uma alteração, de modo a permitir também a realização de testes triaxiais em amostras de grande diâmetro. A célula de compressão unidimensional consta basicamente de um tubo de aço com altura de 5 cm, diâmetro interno de 1 cm e espessura de parede de 9,52 mm. Para as medidas das deformações laterais foram instalados 8 extensômetros elétricos ( strain-gages ), dispostos circuferencialmente a meia altura do tubo e igualmente espaçados entre si. Para a deformação vertical foram utilizados 3 LVDTs, espaçados circunfrencialmente de 12. A aplicação da carga na amostra é aplicada por meio de um atuador hidráulico, controlado automaticamente, com capacidade de 22 kn. O pistão permite um deslocamento de 21 cm. As fotos 1 e 2 mostram o arranjo do equipamento. Foto 1 Detalhe do anel de compressão unidimensional, mostrando o pedestal de concreto de alta resistência no fundo do mesmo. Foto 2 Amostra montada e na posição de teste. Em pesquisas realizadas anteriormente por outros autores, observou-se que os testes de compressão unidimensional em células cilíndricas de aço, com materiais rochosos, apresentavam uma fração considerável de perda da carga vertical aplicada, em função do atrito lateral desenvolvido entre as partículas de enrocamento e a parede interna da célula de aço. Mesmo as células de compressão unidimensional de paredes deformáveis verticalmente, desenvolvidas por Fumagalli [1] e Pinto [2] e destinadas a minimizar o atrito lateral, apresentam uma deformação lateral não representando, desta maneira, um confinamento lateral que simule a condição Kο, ou seja, deformação lateral zero. A condição Kο ocorre em pontos da linha vertical que passa pelo centro da seção das barragens. (condição de simetria de carregamento devido ao peso próprio). Em virtude disso, optou-se por desenvolver um sistema de medição contínua do atrito lateral durante a aplicação de pressão na amostra de enrocamento, através da técnica do anel fixo ou da célula de compressão fixa. Em outras palavras, a célula de compressão é apoiada sobre três células de carga, distribuídas uniformemente na circunferência, de tal maneira que todo o atrito desenvolvido pela amostra e a parede interna da célula, durante o teste, é transferida para estas células de carga e monitoradas continuamente. Esta força de atrito é posteriormente deduzida da carga aplicada, de tal modo que a curva tensão-deformação obtida, da qual são obtidos os parâmetros de compressibilidade, representa mais fielmente as deformações causadas pela tensão efetiva ou líquida atuante na amostra, ou seja, a carga aplicada deduzida da parcela de atrito. O desenvolvimento e a aplicação do sistema de medição da força de atrito lateral representa um passo importante para a obtenção de relações tensão-deformação mais representativas dos enrocamentos e é, sem dúvida, um aprimoramento da metodologia deste teste. Em função disso, amostras com alturas maior que 5 cm poderão ser ensaiadas e isto permitirá que o tamanho máximo de partícula aumente e, desta maneira, represente de forma ainda mais fiel os enrocamentos. A forma de carregamento utilizada teve como objetivo representar o processo construtivo facilitando desta maneira a comparação entre os dados obtidos em campo e das amostras de laboratório. Neste sentido, o grau de compactação da amostra de enrocamento, e a quantidade de água utilizada para este processo também foram proporcionais às verificadas em campo. O grau de compactação obtido nas amostras foi da ordem de 95%, enquanto que cerca de 1% do volume de enrocamento foi adicionado de água para a compactação do mesmo. O restante da metodologia adotada foi desenvolvida e a- daptada baseada em pesquisas anteriores realizadas em outros laboratórios no exterior e no Brasil. As propriedades físicas dos enrocamentos, consideradas nesta pesquisa, compreendem: a litologia do material, a forma de partícula, o tamanho máximo de partícula, a distribuição granulométrica e a densidade seca. Além destas propriedades foram ainda levadas em consideração a espessura das camadas, o peso do rolo compactador, o número de passadas e a quantidade de água adicionada, estas com relação ao protótipo. As amostras de enrocamento de basalto foram preparadas para se obter curvas paralelas à do enrocamento em campo.

3 3 Esta técnica permite preservar a porcentagem de finos na amostra e, conseqüentemente, sua influência no comportamento mecânico dos enrocamentos. A relação dimensão mínima do corpo de prova/diâmetro máximo da partícula de laboratório utilizada foi de 5. Este valor foi escolhido por estar na média entre os valores obtidos por Fumagalli [1] e Pinto [2], atualmente os mais utilizados. O enrocamento ensaiado foi doado à UFSC e é proveniente do estoque de material selecionado da Barragem de Machadinho SC (Barragem de enrocamento com face de concreto com 126 m de altura). As fotos abaixo mostram o riodacito e a brecha basáltica doados antes da britagem para a obtenção da granulometria a ser ensaiada. Foto 3- Partículas de Riodacito. forma obtidos confirmam a angulosidade nas partículas de basalto. Nos ensaios de abrasão Los-Angeles, realizados tanto para a brecha basáltica quanto para o riodacito foram obtidos valores dentro do limite estipulado para este tipo de material para a Barragem de Machadinho (abrasão 25 %). Com este ensaio constata-se a menor resistência à abrasão da brecha basáltica comparada com o riodacito. Para cada ensaio de compressão unidimensional foram obtidas as seguintes relações gráficas: a) tensão vertical efetiva líquida versus deformação vertical específica, b) força vertical efetiva líquida versus deformação vertical, c) índice de vazios versus tensão vertical efetiva líquida, d) tensão radial total versus tensão vertical efetiva líquida e f) módulo secante versus tensão vertical efetiva líquida, g) curvas granulométricas anterior e posterior a cada ensaio e h) força de atrito lateral versus força vertical total aplicada. Os ensaios realizados foram denominados: Md1/1S ensaio 1 em basalto com compactação a seco apresentando um dimensão média característica de 1 mm. Md1/2I - ensaio 2 em basalto com compactação a seco apresentando um dimensão média característica de 1 mm com submersão do material durante a aplicação da carga. Md1/3U - ensaio 1 em basalto com adição de água na compactação apresentando um dimensão média característica de 1 mm. As curvas tensão-deformação correspondentes podem ser vistas na Figura 1. Foto 4- Partículas de Brecha Basáltica. III. RESULTADOS DOS ENSAIOS O produto principal resultante desta parte da pesquisa, é sem dúvida o desenvolvimento da prensa de testes e a sua disponibilização para a realização de ensaios que possibilitarão o aprimoramento do conhecimento das propriedades físicas e mecânicas de materiais grosseiros, tipo enrocamentos. Inicialmente foram caracterizadas as propriedades das partículas e da rocha de origem do enrocamento e, posteriormente, foram analisadas as características do enrocamento como meio granular através do ensaio de compressão unidimensional. Verifica-se que a absorção na brecha basáltica é maior que no riodacito e que, para menores diâmetros nominais a absorção é também maior. Os valores de laboratório estão próximos aos valores estipulados para a Barragem de Machadinho (absorção 3 %). Para a determinação do Cf (coeficiente de forma) procedeu-se a pesagem e a determinação da dimensão média das partículas. Na pesagem utilizou-se uma balança eletrônica com precisão de,1 g. Os baixos valores do coeficiente de Figura 1 Curvas tensão-deformação dos testes de compressão unidimensional. Durante os ensaios 1 e 2 houve a necessidade de se providenciar um descarregamento rápido por problemas ocorridos na prensa. No primeiro ensaio isto ocorreu no início do último estágio de carregamento, a mais ou menos 13 kn. Procedeu-se a seguir o recarregamento em uma etapa de a 14 kn aproximadamente, esperando a estabilização das

4 4 deformações neste estágio para então prosseguir o ensaio. No segundo ensaio este descarregamento rápido ocorreu em uma carga baixa, aproximadamente 13 kn. Em ambos os testes, o descarregamento foi providenciado em decorrência de defeitos verificados no manômetro que indica a pressão no óleo. Estes manômetros tinham capacidade de apenas 28kPa (28kg/cm2). Ambos foram substituídos por um com capacidade de 4kPa. A máxima pressão aplicada foi de 25kPa. O ensaio 2 foi realizado com amostra inundada sob carregamento vertical constante. A adição de água durante o ensaio de compressão unidimensional deveria provocar um colapso significativo do enrocamento. Entretanto foi observado um pequeno aumento da deformação quando adicionada a água. Provavelmente este aspecto está relacionado com o baixo nível de tensões adotado durante a inundação (4 kn/m). Obviamente, outros fatores influenciaram, tais como, a granulometria graduada da amostra, a quantidade de finos e a densidade do material. É importante salientar que o índice de absorção é relativamente baixo, principalmente o índice do riodacito cerca de 2,3 % de absorção da rocha que compõem 7 % da mistura deste enrocamento ensaiado. No ensaio 3 onde foi realizada a compactação do material com molhagem notou-se uma maior dificuldade em se atingir a densidade especificada, comparada com os dois ensaios anteriores. Esta dificuldade pode estar ligada a um possível carreamento dos finos durante o lançamento da água da molhagem da amostra. Isto faz com que os contatos entre as partículas mobilizem grandes tensões de resistência, dificultando a compactação. Vale ressaltar que a água foi lançada após a colocação da camada dentro da célula de compressão unidimensional. Neste ensaio, o material apresentou-se menos deformável comparado com os dois anteriores. O sistema de medida da força de atrito lateral entre as partículas e a parede da célula de compressão unidimensional utilizado nesta pesquisa apresentou-se eficiente alcançando o objetivo da pesquisa. Abaixo é apresentada a relação entre a força de atrito lateral e a força vertical efetiva total aplicada relativamente ao teste 1. A porcentagem da força de atrito lateral em relação a força vertical efetiva aplicada foi em torno de 23 % em todos os ensaios. Esta medida é muito importante neste tipo de ensaio, pois somente desta forma consegue-se realmente conhecer e correlacionar os valores de tensão e deformação para cada material. Figura 2 Valores percentuais da força de atrito lateral em relação à força vertical total aplicada na amostra para o teste 1. IV..INSTRUMENTAÇÃO DE BARRAGENS DE ENROCAMENTO A instrumentação usual de uma barragem fornece os deslocamentos horizontais e verticais de vários pontos no interior do enrocamento, através de medições periódicas realizadas nas células de recalque. Essas células de recalque são monitoradas desde a sua instalação, compreendendo tanto o período construtivo como o período de enchimento. A Figura 3 apresenta a disposição das células de recalque, instaladas na barragem de enrocamento de Itá, na seção que foi analisada neste trabalho. As outras seções instrumentadas possuem uma disposição similar. CR-15 CR-16 EIXO DA BARRAGEM 375,5 352, CR-12 CR-13 CR ,5 CR-7 CR-8 CR-9 CR-1 CR-11 3, CR-1 CR-2 CR-3 CR-4 CR-5 CR-6 272, Figura 3. Disposição das células de recalque de Itá. V. TRATAMENTO DOS DADOS DA AUSCULTAÇÃO Os deslocamentos obtidos pela auscultação devem ser trabalhados para que possam ser encontrados parâmetros de interesse relativos aos materiais que serão usados em análises numéricas posteriores.

5 5 Utilizando dados provenientes da barragem de Itá, referentes às etapas de construção e de enchimento, foram realizadas várias análises. A partir das tensões e deformações verticais, foram traçados gráficos de tensão deformação de várias camadas compressíveis de enrocamento compreendidas entre duas células subseqüentes, localizadas no mesmo eixo vertical. O objetivo desse estudo foi a determinação dos módulos de deformabilidade das diversas camadas de enrocamento nas fases construtiva e de enchimento. A. Procedimento para a determinação das deformações A seguir será mostrada a metodologia adotada na determinação das deformações das várias camadas compressíveis de enrocamento. O deslocamento vertical relativo entre as duas células de recalque que delimitam uma camada em análise, pode ser calculado pela Equação (1), para um determinado instante de tempo: L = d sup d inf, (1) onde: d sup = recalque medido pela célula superior em determinado instante de tempo; d inf = recalque medido pela célula inferior para o mesmo instante de tempo. Obviamente todos os recalques se referem a valores acumulados no mesmo intervalo de tempo. A deformação específica ε de cada camada, em cada instante de tempo, foi calculada pela relação entre o recalque desta camada ( L) e a sua espessura (L), conforme mostra a Equação (2): L ε =. (2) L B. Procedimento para a determinação das tensões Para o período construtivo, o valor das tensões verticais, correspondentes às deformações definidas no item anterior, deve-se à altura (H) de enrocamento sobre a camada compressível no instante de tempo em questão, conforme Equação (3): σ = γ.h. (3) Foi necessário, portanto, ter acesso à altura de construção da barragem ao longo do tempo. No caso de Itá, foram computadas alturas em cada linha vertical de células de recalque. Na determinação das tensões do período construtivo foi utilizada a hipótese usual de que as mesmas são função do peso de enrocamento que atua verticalmente sobre a camada em questão. Embora estes valores de tensão não sejam reais, eles representam uma boa aproximação e, do ponto de vista qualitativo, representam muito bem o comportamento físico do enrocamento durante a construção. Para o período de enchimento, o valor das tensões verticais atuantes em cada camada foi calculado a partir de uma análise pelo Método dos Elementos Finitos, utilizando o programa SAP2, pois procedimentos simplificados não conseguem representar com precisão adequada essas tensões. Como as tensões, dentro do modelo numérico, dependem dos módulos de deformabilidade do material, a determinação das tensões foi feito por um processo iterativo. Na modelagem da barragem, foram considerados vários níveis de carregamento correspondentes ao enchimento do reservatório, sendo extraídos os valores das tensões verticais em todos os pontos correspondentes às células de recalque, para cada nível de carregamento. Também foram considerados pontos intermediários entre as células, para melhor representar a distribuição de tensões ao longo da camada compressível. C. Determinação dos módulos de deformabilidade Para cada leitura realizada foi calculada uma deformação específica e uma tensão correspondente, no trecho da seção transversal em questão. Assim, com os conjuntos de valores de tensão e deformação, traçaram-se os gráfico σ ε para as diversas regiões do corpo da barragem. Os módulos de deformabilidade das diversas camadas foram calculados diretamente a partir da análise desses gráficos. Para melhor representar os módulos tangentes, necessários na análise da fase de enchimento, foram definidos trechos aproximadamente lineares ao longo das curvas, calculando-se os módulos pela Equação (4): σ E =, (4) ε onde: σ = variação da tensão no trecho considerado; ε = variação da deformação no trecho considerado. São apresentados, a seguir, os resultados da análise de tensão e deformação de algumas regiões de enrocamento, para os períodos de construção e de enchimento. Nos gráficos são indicados, também, os valores dos módulos de deformabilidade para os trechos aproximadamente lineares. D. Resultados da análise para o período construtivo Na região entre as células CR-16 e CR-14, observa-se um comportamento aproximadamente linear ao longo de grande parte do carregamento, até atingir uma tensão em torno de 3 kn/m, conforme Figura 4. Neste trecho, o módulo calculado foi de 45 MPa.

6 6 CR16-CR14 CR1-CR MPa,%,21%,42%,63%,84% 1,5% Figura 4. Tensão-deformação da camada entre CR-16 e CR-14 Na região entre as células CR-13 e CR-9, houve dois comportamentos distintos durante o carregamento, conforme mostra a Figura 5. O enrocamento apresentou um módulo de 68 MPa em um pequeno trecho, diminuindo para 34 MPa no segundo trecho. Apesar do aumento no confinamento do enrocamento, o módulo diminuiu. Existe, ainda, um trecho final com deformações acentuadas sem acréscimo de carregamento. Este fato deve-se, provavelmente, ao critério adotado para a determinação das variações de tensões. A partir do momento que a barragem atingiu a cota 352 m, segundo o critério adotado, não existe mais acréscimo de altura sobre as células CR 13 e CR 9, mas a continuação da construção da barragem continua causando um acréscimo de tensões naquela região ,% 2,% 4,% 6,% 8,% 1,% Figura 6. Tensão-deformação da camada entre CR-1 e CR-5. Na região entre a célula CR-2 e a fundação, houve um comportamento bem definido durante o carregamento, apresentando um módulo de 42 MPa, apresentado na Figura MPa 42 MPa CR2-FUND. 49 MPa CR13-CR9 34 MPa,% 1,% 2,% 3,% 4,% 5,% 6,% Figura 7. Tensão-deformação da camada entre CR-2 e fundação. Na região entre a célula CR-4 e a fundação houve dois comportamentos distintos, apresentando um aumento no módulo de elasticidade de 29 MPa para 51 MPa durante o carregamento, conforme Figura MPa CR4-FUND.,%,5% 1,% 1,5% 2,% 2,5% 3,% Figura 5. Tensão-deformação da camada entre CR-13 e CR-9 A região entre as células CR-1 e CR-5 apresenta dois trechos de comportamentos distintos, separados por períodos de pausa, onde não houve carregamento sobre a vertical das células de recalque. Esses trechos não apresentam interesse na determinação dos módulos tangentes. Nessa região houve um aumento no módulo de 29 MPa para 49 MPa, conforme mostra a Figura MPa MPa,% 2,% 4,% 6,% 8,% 1,% Figura 8. Tensão-deformação da camada entre CR-4 e fundação. A Figura 9 apresenta o mapeamento dos módulos de deformabilidade teóricos do enrocamento para o período construtivo, adotado na elaboração do projeto de Itá.

7 7 25 MPa 4 MPa 2 MPa 7 MPa 25 MPa 15 MPa 15 MPa 5 MPa Figura 9. Mapeamento dos módulos de deformabilidade teóricos. Em função dos estudos realizados com os dados da auscultação, que definiram as curvas tensão deformação, a- presentadas anteriormente, e os valores dos módulos de deformabilidade para algumas camadas, um mapeamento desses valores é apresentado na Figura 1, onde se poderá fazer uma primeira comparação com os valores teóricos adotados. Alguns trechos possuem dois valores para os módulos, indicando uma variação dos mesmos durante o acréscimo de tensões. EIXO DA BARRAGEM 375,5 CR-15 CR , 45 MPa CR-12 CR-13 CR , MPa MPa CR-7 CR-8 CR-9 CR-1 CR-11 3, MPa MPa MPa CR-1 CR-2 CR-3 CR-4 CR-5 CR-6 272, 42 MPa 37 MPa 2-51 MPa MPa 21 MPa Figura 1. Mapeamento dos módulos de deformabilidade calculados. Nos trechos cujos módulos de deformabilidade foram calculados, observam-se as diferenças entre esses valores e os valores teóricos adotados. Percebe-se que os valores adotados, de uma forma geral, estão bem abaixo dos valores calculados, o que poderá acarretar diferenças em uma análise numérica do período construtivo. Na região entre as células CR-12 e CR-8 houve um comportamento normal da camada de enrocamento, conforme Figura 11. O acréscimo das tensões foi acompanhado do acréscimo das deformações, de forma não linear. Os valores dos módulos de deformabilidade variaram de 576 MPa a 5 MPa durante o carregamento. E. Resultados da análise para o período de enchimento

8 CR 12 - CR 8 5 MPa Na região entre as células CR-7 e CR-2 os módulos de deformabilidade variaram entre 865 e 14 MPa, conforme Figura 14, não obedecendo rigorosamente um comportamento normal, mas apresentando uma tendência de diminuição dos módulos ao longo do carregamento ,1% 19 MPa 223 MPa 576 MPa,5%,% -,5% -,1% -,15% -,2% -,25% -,3% -,35% Figura 11. Tensão-deformação da camada entre CR-12 e CR CR 7 - CR 2 14 MPa 31 MPa 368 MPa Na região entre as células CR-13 e CR-9 também houve um comportamento normal da camada de enrocamento, conforme Figura 12. Os valores dos módulos de deformabilidade variaram de 124 MPa a 25 MPa durante o carregamento. -1,2% 163MPa 865MPa,% -,2% -,4% -,6% -,8% -1,% CR 13 - CR 9 Figura 14. Tensão-deformação da camada entre CR-7 e CR MPa 25 MPa Na região entre a célula CR-2 e a fundação, apesar da sinuosidade em determinado trecho, houve um comportamento normal durante o carregamento, conforme mostra a Figura 15. Os módulos de deformabilidade variaram de 142 a 26 MPa. CR 2 - FUND ,1%,% -,1% -,2% -,3% -,4% -,5% Figura 12. Tensão-deformação da camada entre CR-13 e CR-9. Na região entre as células CR-14 e CR-1 os valores dos módulos de deformabilidade variaram de 38 MPa a 11 MPa durante o carregamento, conforme Figura MPa 19 MPa 32 MPa 47 MPa 142 MPa CR 14 - CR 1,5%,% -,5% -1,% -1,5% -2,% -2,5% -9-8 Figura 15. Tensão-deformação da camada entre CR-2 e fundação MPa 11 MPa Para a região entre a célula CR-3 e a fundação, o comportamento se mostrou bem definido durante o carregamento, com uma tendência linear, conforme Figura 16. Os módulos de deformabilidade variaram de 78 a 29 MPa MPa,1%,% -,1% -,2% -,3% -,4% -,5% -,6% Figura 13. Tensão-deformação da camada entre CR-14 e CR-1

9 9 CR 3 - FUND. CR 5 - FUND MPa MPa MPa -1 1 MPa -2,1%,% 78 MPa -,1% -,2% -,3% -,4% -,5% -5,% 14 MPa -,5% -,1% -,15% -,2% -,25% -,3% -,35% Figura 16. Tensão-deformação da camada entre CR-3 e fundação Para a região entre a célula CR-4 e a fundação, o comportamento também se mostrou bem definido durante o carregamento, com uma certa semelhança com o anterior, conforme Figura 17. Os módulos de deformabilidade variaram de 33 a 18 MPa. Figura 18. Tensão-deformação da camada entre CR-5 e fundação Finalmente, para a região entre a célula CR-6 e a fundação, o comportamento também se mostrou linear, e os módulos de deformabilidade variaram entre 4 e 5 MPa, conforme Figura 19. CR 4 - FUND. CR 6 - FUND MPa 18 MPa MPa 5 MPa -1,5%,% 33 MPa -,5% -,1% -,15% -,2% -,25% -,3% -,35% -,4%,% -,5% -,1% -,15% -,2% -,25% -,3% -,35% Figura 17. Tensão-deformação da camada entre CR-4 e fundação Para a região entre a célula CR-5 e a fundação, o comportamento também se mostrou bem aproximadamente linear, com os módulos de deformabilidade variando de 14 a 11 MPa, conforme Figura 18. Figura 19. Tensão-deformação da camada entre CR-6 e fundação A Figura 2 apresenta o mapeamento dos módulos de deformabilidade teóricos do enrocamento para o período de enchimento, adotado na elaboração do projeto de Itá Um mapeamento dos valores obtidos pelos gráficos é a- presentado na Figura 21, onde se poderá fazer uma primeira comparação com os valores teóricos adotados. Da mesma forma que o período construtivo, alguns trechos possuem dois valores para os módulos, indicando uma variação dos mesmos durante o acréscimo de tensões.

10 1 5 MPa 8 MPa 4 MPa 14 MPa 5 MPa 3 MPa 3 MPa 1 MPa Figura 2. Mapeamento dos módulos de deformabilidade teóricos EIXO DA BARRAGEM 375,5 CR-15 CR , CR-12 CR-13 CR MPa MPa MPa CR-7 CR-8 CR-9 CR-1 CR-11 3, CR-1 CR-2 CR-3 CR-4 CR-5 CR-6 272, MPa MPa MPa MPa 4-5 MPa Figura 21. Mapeamento dos módulos de deformabilidade calculados. VI. PROCESSO ITERATIVO NO PERÍODO DE ENCHIMENTO Diferentemente do que acontece no período construtivo, as tensões na fase de enchimento não podem ser determinadas facilmente. Elas devem ser determinadas por uma análise numérica. Como a análise numérica depende dos módulos de deformabilidade, o processo deve ser iterativo. Inicialmente os módulos de deformabilidade teóricos foram substituídos pelo dobro dos módulos finais do período construtivo (calculados anteriormente, com o auxílio dos dados fornecidos pela instrumentação), fornecendo valores de tensões para início das iterações. Com esses valores de tensões, e as correspondentes deformações obtidas da instrumentação, novos valores de módulos de deformabilidade foram calculados. Esses novos módulos foram colocados novamente no modelo numérico para a obtenção de novas tensões e assim sucessivamente. Este processo continuou até atingir a convergência, ou seja, até que em dois cálculos consecutivos os módulos de deformabilidade não apresentaram variações significativas. Foram realizados seis processamentos, mas a partir do terceiro não ocorreram mais alterações significativas nos valores de tensão e, conseqüentemente, nos módulos de deformabilidade. Esse processo iterativo foi realizado apenas com o carregamento total de enchimento e, dessa forma, foram calculados módulos de deformabilidade secantes finais do enrocamento.

11 11 VII. CONCLUSÕES Rockfill Dams, Design, Construction and Performance, ASCE, Detroit. A instrumentação de barragens fornece muitos dados que podem ser utilizados na retroanálise das barragens. Para tanto é necessário obter módulos de deformabilidade dos materiais compatíveis com os modelos numéricos que serão realizados. De uma maneira geral é interessante obter módulos tangentes para a análise da fase construtiva da barragem, e não módulos secantes como alguns autores costumam apresentar. Além disso, é importante determinar módulos correspondentes a pequenas regiões do enrocamento, para uma melhor modelagem numérica. Já para a fase de enchimento, foi determinado o módulo secante correspondente ao carregamento total. Entretanto a metodologia adotada também permite a determinação de módulos tangentes na fase construtiva, mas às custas de um esforço computacional bem maior. A construção de gráficos com um grande número de resultados de instrumentação e a posterior análise desses gráficos para a determinação dos módulos de deformabilidade mostrou ser uma metodologia adequada. A utilização de análises numéricas para melhorar a precisão dos resultados obtidos, durante a fase construtiva, é indicada como uma opção para trabalhos futuros. O conhecimento do comportamento dos módulos de deformabilidade durante as diversas fases tem grande importância na análise de barragens, permitindo estudos de retroanálise, otimização no zoneamento do enrocamento e uma análise mais precisa dos esforços atuantes na laje de montante. Verificou-se que a distribuição de células de recalque ao longo do corpo da barragem é deficiente. Grandes regiões a jusante da barragem não possuem células de recalque, e parte dos instrumentos existentes a montante está danificada. Dessa forma, o mapeamento dos módulos ficou prejudicado. Sugere-se, portanto, uma instrumentação mais detalhada em barragens futuras, com o monitoramento também da parte de jusante da seção transversal. VIII. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS [1] FUMAGALLI, E. Test on cohesionless materials for rockfill dams. ASCE, Journal of the soil mechanics and foundation division, SM1, p Janeiro de [2] PINTO, A. A. V. Previsão do Comportamento Estrutural de barragens de enrocamento. Proc Lisboa, julho [3] SILVEIRA, J.F.; SARDINHA, A. (1999) Comportamento da BEFC da UHE Itá ao final do período construtivo in Anais do II Simpósio sobre Barragens de Enrocamento com Face de Concreto, Florianópolis. [4] HUMES, C. (1999) A deformabilidade do enrocamento de gnaisse da barragem Pedra do Cavalo in Anais do II Simpósio sobre Barragens de Enrocamento com Face de Concreto, Florianópolis. [5] Marques Filho, P.L., Machado, B.P., Toniatti,N.B., Kamel, K.F. (1989) Alguns conceitos recentes de projeto e suas aplicações em barragens de enrocamento com face de concreto in Anais do XVIII Sem. Nac. de Grandes Barragens, Foz do Iguaçu. [6] Fitzpatrick, M. D.; Cole, B. A.; Kinstler, F. L.; Knoop, B. P. (1985). Design of concrete-faced rockfill dams Concrete face