BARRAGENS DE TERRA E DE ENROCAMENTO AULA 2. Prof. Romero César Gomes - Departamento de Engenharia Civil /UFOP
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- Octavio Pacheco Valverde
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1 BARRAGENS DE TERRA E DE ENROCAMENTO AULA 2 Prof. Romero César Gomes - Departamento de Engenharia Civil /UFOP
2 Fluxo Não Confinado: a linha de fluxo superior (linha freática) não é conhecida previamente; Linha Freática: definida como sendo o lugar geométrico dos pontos submetidos à pressão atmosférica, ou seja, de pressões u 0. Fluxo Através de Barragens de Terra Z w w γ u z h z z z h h γ u z h + + h z z γ u γ u z γ u z h 3 1 w 3 w 3 3 w γ w u z h + h
3 Fluxo Através de Barragens de Terra Modelo físico utilizando corantes para a determinação das linhas de fluxo através do aterro da barragem (tomando-se linhas ortogonais a estas, obtêm-se as equipotenciais da rede de fluxo)
4 Fluxo Através de Barragens de Terra Tomando-se linhas ortogonais às linhas de fluxo assim obtidas, formando quadrados curvilíneos, obtêm-se as equipotenciais e a rede de fluxo através do aterro da barragem
5 Método Gráfico das Redes de Fluxo Determinação da Posição da Linha Freática Parábola de Kozeny BC 0,3 AB diretriz x x 0 x 0 PA PD x 2 + z 2 x+ 2 x 0 x 2 + z 2 x 2 4 xx x 2 0 x x 0 2 z 4 x 0
6 Método Gráfico das Redes de Fluxo Determinação Gráfica da Parábola Básica de Kozeny Procedimentos: Centro no ponto G e raio GA, determina-se o ponto E sobre o prolongamento da horizontal HC; Vertical pelo ponto E, determina-se EF (diretriz da parábola); Vertical pelo ponto médio de AF, determina-se o segmento MN; Divisão dos segmentos GM e MN em partes iguais; Ligação dos pontos de divisão de GM com o ponto N (linhas auxiliares radiais); Horizontais pelos pontos de divisão de MN (linhas auxiliares horizontais); Interseção das linhas auxiliares horizontais e radiais: pontos da parábola básica de Kozeny
7 Método Gráfico das Redes de Fluxo Correções da Parábola Básica de Kozeny Linha Freática da Rede de Fluxo Correção de Entrada: o talude de montante não é uma parábola correção visual Correção de Saída: determinação da distância a em função do ângulo β do dreno medido na escala do desenho β a / a 0,36 0,32 0,26 0,18 0,10 0
8 Método Gráfico das Redes de Fluxo Rede de fluxo através do aterro da barragem
9 Método Gráfico das Redes de Fluxo Meios Anisotrópicos à Permeabilidade: K x K z X Kz Kx.x Procedimentos para meios anisotrópicos: q K' h N N f q (i) desenhar o problema de fluxo proposto em escala transformada, ou seja, mantendo-se inalteradas as dimensões verticais e multiplicando-se as dimensões horizontais pelo fator de redução de escala X (chamada seção transformada do problema meio isotrópico (condutividade hidráulica K ) equivalente ao meio anisotrópico (condutividades hidráulicas K x e K z ). (ii) obter N f e N q da rede traçada e calcular vazão e pressões; como o cálculo de i depende do tamanho da malha, é preciso traçar a rede de fluxo na seção real do problema (meio anisotrópico), que será, então, distorcida (devido à perda da ortogonalidade entre as linhas e dos quadrados curvilíneos ) : obter desta rede real os valores de gradientes hidráulicos e velocidades de fluxo. K' K x. K z x K K x z.x
10 Método Gráfico das Redes de Fluxo Influência da Anisotropia na Rede de Fluxo Através da Barragem
11 Método Gráfico das Redes de Fluxo Redes de fluxo através da fundação da barragem
12 Método Numérico das Redes de Fluxo Redes de fluxo através do aterro e da fundação de uma barragem Elevação (m) Distância (m)
13 Método Gráfico das Redes de Fluxo Parâmetros obtidos da rede de fluxo: N f : número de tubos de fluxo da rede. N q : número de quedas de potencial (perdas de carga) da rede. Dado disponível a partir da geometria do problema: h : carga hidráulica total. Parâmetros da rede: q : vazão (constante) através de cada tubo de fluxo da rede. h : queda de potencial (constante) entre as equipotenciais da rede. q 1 q N f h 1 h N q q N f. q h N q. h
14 Método Gráfico das Redes de Fluxo Grandezas obtidas a partir da rede de fluxo: (a x a) Vazão de percolação: q h q KiA K a ( a.1) q K h q h q h ou N f N K. q Kh f (vazão por metro linear; unidade: m Nq N 3 /s/m) q Pressões de água (poropressões/subpressões): u h z + u γ w ou u P γ w ( h z ) P P h N q h P n q hp nq Nq.h Gradientes hidráulicos: i Velocidades de fluxo: v h i ; v K i a Cota do ponto P (fixação de um datum ou referencial nível + baixo de água
15 Método Gráfico das Redes de Fluxo? vazão: q diagrama de subpressões na base da barragem h 5,0 1,0 4,0 m K 2,5 x 10-5 m/s N f 4,7 ; N q 15 q Kh N f N q 5 4,7 2,5 x q 5 3 3,1x10 m /s/m nq 1 hp.h.4 0,27 m Nq 15
16 Ruptura Hidráulica por piping Rede de fluxo simulando a colmatação completa do sistema drenante da barragem: o fluxo atinge livremente o talude de jusante risco de piping
17 Ruptura Hidráulica por piping Ruptura Hidráulica por Piping h i imax l h l min ocorre comumente em pontos de saída ou de quebra do fluxo (por exemplo: no ponto A da barragem mostrada abaixo). Neste caso, a condição de desconfinamento do ponto A implica no arraste de partículas de solo de forma sucessiva e a formação de um processo de erosão tubular regressiva ( piping )
18 Exemplo de Ruptura de barragem por piping Barragem de Teton (EUA) barragem de terra e enrocamento com 93m de altura e 975m de extensão projeto da Federal Bureau Reclamation entrada em operação em 1975 maciço rochoso muito fraturado tratamento de fundação por trincheira de vedação e cortina simples de injeção sob o núcleo da barragem barragem sem instrumentação (apenas medidores de vazão) ruptura durante o enchimento rápido do reservatório 11 vítimas fatais
19 Exemplo de Ruptura de barragem por piping 03 de junho de 1976 casa de força primeiros sinais de piping: surgências de água limpa através de juntas do maciço rochoso 05 de junho de :30h dois dias depois... observação de fluxo de água barrenta na região da ombreira direita da barragem
20 Exemplo de Ruptura de barragem por piping piping ocorrendo junto ao contato da barragem com a ombreira direita e avançando pelo talude 11:20h 10:45h 05 de junho de :30h
21 Exemplo de Ruptura de barragem por piping 05 de junho de :40h 05 de junho de :55h
22 Exemplo de Ruptura de barragem por piping 05 de junho de :30h
23 Exemplo de Ruptura de barragem por piping 05 de junho de :30h barragem após a ruptura
24 Controle da Percolação por Sistemas de Drenagem dreno de pé tapete drenante filtro inclinado e tapete drenante zoneamento do maciço (+ permeável à jusante)
25 Controle da Percolação por Sistemas de Vedação revestimento de proteção do talude de montante tapete impermeabilizante executado à montante
26 Controle da Percolação por Sistemas de Vedação zoneamento do maciço com núcleo impermeável trincheira de vedação ( cut off ) cortina de injeção sob o núcleo
27 Dimensionamento dos Filtros A granulometria do filtro é ditada, basicamente, pelas características granulométricas do material a ser protegido que, no caso, tanto pode ser o material do aterro quanto o material de fundação. filtros e transições núcleo As dimensões do filtro são ditadas pela quantidade de água a ser transportada e, nestas condições, os filtros operam também como drenos. A quantidade de água a ser transportada pelos filtros, para fora da barragem, deve ser estimada através da rede de fluxo.
28 Dimensionamento dos Filtros O material do filtro deve atender as suas próprias características de filtração (auto estabilidade) e as do solo adjacente (chamado de material de base) e tais condições se verificam sob os seguintes 5 critérios: Critério 1 (tamanho máximo da partícula do material de base): o tamanho máximo de partícula do material de base deve ser de 4,75 mm (abertura da #4). Todo material retido na #4 deve ser eliminado e a curva do material de base revista. Critério 2 (determinação de D 15f ): o parâmetro D 15f do material de filtro é determinado em função do parâmetro D 85b do material de base da seguinte forma (4 grupos distintos): Grupo 1: materiais de base constituídos por siltes finos e argilas, com P 200 (% passante na #200) > 85% Neste caso: 15f D D 85b 9 e D15f 0.2mm Grupo 2: materiais da base constituídos por areias siltosas ou areias argilosas e siltes e argilas arenosas, tal que: 40% P % Neste caso: D15f 0.7mm
29 Dimensionamento dos Filtros Grupo 3: materiais de base tais que 15% P % Neste caso: D 15f 40 P (4 D 85b 0.7mm) + 0.7mm Grupo 4: materiais da base constituídos por areias siltosas ou areias argilosas e areias com cascalho, com P % Neste caso: 4 D D15f 85b Critério 3 (auto-estabilidade do filtro): verificação simultânea das seguintes condições: Critério 4 (porcentagem máxima de finos): a porcentagem máxima do material de filtro, passante na #200, deve ser de 5% e não apresentar coesão 85f < D D 50f D D35f D D15f 50f < 35f < Critério 5 (dimensão máxima das partículas): a dimensão máxima das partículas que constituirão o filtro deverá ser de 75 mm, para evitar efeitos de segregação das partículas durante a sua construção.
30 Dimensionamento dos Filtros i v H L v i h A L h h q kia
31 Dimensionamento dos Filtros Dimensionamento do Filtro Inclinado Q kia Q H 1 k Av Lv A v Q L 1 kh v Dimensionamento do Tapete Horizontal Q kia Q A h 1 + Q2 k Ah Lh A h ( Q + Q ) 1 k 2 L h Adotar FS 10
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