Cap. 7 ATERROS DE BARRAGENS

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1 Cap. 7 ATERROS DE BARRAGENS 1

2 Lechago, Espanha 1. TIPOS DE BARRAGENS As barragens podem dividir-se em dois grandes grupos: Barragens homogéneas Barragens zonadas A escolha do tipo de barragem prende-se com o seu uso e depende dos materiais e respectivas quantidades existentes no local 2

3 Principais motivos que levam à contrução de barragens (retenção de água): Abastecimento de água potável Rega Produção de energia eléctrica Controlo de cheias Armazenamento de rejeitados Aquacultura Usos recreativos e outros Obviamente que as barragens podem ter múltiplas funções. 2. BARRAGENS HOMOGÉNEAS Trata-se da solução mais simples para o perfil transversal-tipo. O material usado na construção tem que garantir, em simultâneo: Resistência adequada Baixa deformabilidade Impermeabilização Problemas mais correntes: erosão interna e escorregamento do maciço de jusante caso a linha de saturação suba no perfil 3

4 Problemas mais correntes: - erosão interna - escorregamento do maciço de jusante caso a linha de saturação suba no perfil O último problema resolve-se com a introdução de drenos ou de tapetes drenantes a jusante Com cortina de impermeabilização na fundação Neste dois casos também há percolação na fundação Caudal de saída 4

5 Outras soluções (perfil homogéneo) Maciço de jusante (dreno) h<10m Tapete drenante No limite: Perfil zonado filtro dreno Filtro e dreno Esta solução contém o escoamento de água no interior do aterro. Esta é a sua principal vantagem em relação às soluções anteriores. A principal desvantagem é que requer maiores cuidados no dimensionamento e na construção. 5

6 As barragens de enrocamento são outro tipo de barragens homogéneas. No entanto, requerem a introdução de uma cortina a montante para impermeabilização. Cortina impermeável a montante Tipos de cortinas: betão armado aço solidarização Betuminoso Tratamento da fundação Geomembranas etc 6

7 3. BARRAGENS ZONADAS Consoante a quantidade de materiais disponíveis pode-se optar por um perfil zonado. Neste caso tem que se tirar partido das características de cada um dos materiais para garantir a resistência adequada, baixa deformabilidade e impermeabilização. Burga enrocamento Campilhas Cerro do Lobo Enrocamento com núcleo em betão 7

8 Azibo Alijó Beliche A escolha dos materiais e o dimensionamento estão associados. O dimensionamento terá que se adaptar a cada situação em particular. Para além dos materiais disponíveis, a escolha do perfil também depende do uso a dar à barragem, que está associado à sua altura/ capacidade de armazenamento. As barragens homogéneas são geralmente mais pequenas do que as barragens zonadas: Tipo de perfil Homogéneo Com dreno ou tapete drenante Zonadas Altura máxima 5m 10m Em princípio não há limitações 8

9 4. BARRAGENS versus ATERROS DE VIAS DE COMUNICAÇÃO O controlo da qualidade de compactação nas barragens é muito mais rigoroso do que nos aterros de vias de comunicação. Com a compactação dos materiais está-se a garantir implicitamente as suas características mecânicas (resistência e deformabilidade) e hidráulicas (permeabilidade e indirectamente resistência à erosão). a) Maciços homogéneos/ núcleo e aterros de vias de comunicação: Nos dois casos usam-se materiais finos com alguma percentagem de argila. Em obra, a compactação é controlada de forma semelhante. O comportamento do material compactado depende da energia de compactação adoptada e do teor em água na compactação. 9

10 Nos aterros adopta-se Compactação pesada do lado seco Nas barragens adopta-se Compactação leve do lado húmido Para garantir que o solo é menos expansivo (ver aula passada) e que tem alguma compressibilidade pois um solo demasiado rígido poderá fendilhar. A existência de fendas é muito prejudicial ao desempenho da estrutura devido ao aparecimento de caminhos preferenciais de percolação. Este é o motivo pelo qual se prescreve GC<100% Variação de volume depende da tensão vertical na molhagem: 100kPa Aterros de vias de comunicação Barragens 600kPa Areia siltosa compactada (Suriol et al. 1996) 10

11 b) Maciços laterais e alguns aterros de vias de comunicação (mais raramente): Usam-se materiais grossos e de preferência sem finos. A compactação é controlada de diferente tem que se considerar o comportamento dos enrocamentos Recorda-se que a contabilização da presença de água/ sucção depende da dimensão das partículas do solo: Alonso & Cardoso (2009) 11

12 Cap. 8 COMPORTANTO DE MATERIAIS TIPO ENROCAMENTO 12

13 1. DEFINIÇÃO Um Enrocamento é um material constituído essencialmente por elementos rochosos de dimensões apreciáveis. A dimensão máxima costuma ser cerca de 2000mm (2m) mas frequentemente é 1000mm (1m). É um material que só se obtém por escavação. Um enrocamento é um material que tem as seguites características: Percentagem de elementos finos (D<0,075mm passam no #200) inferior a 10% Dimensão máxima 2000mm(2m) Percentagem de elementos com dimensão D>50mm superior a 60% Coeficiente de permeabilidade superior a 10-5 m/s Maranha das Neves (2002) 13

14 Um enrocamento distingue-se de um material granular pelo facto de exibir fracturação e esmagamento para níveis de tensões muito baixos e na molhagem. Tal explica-se pela concentração de tensões nos contactos entre os elementos constituintes do enrocamento. Distribuição de tensões J. Gili and E. Alonso (2001) 14

15 Também tem como particularidade o facto de exibir colapsos apreciáveis na molhagem e deformações diferidas no tempo (fluência). Este comportamento observa-se nas barragens de enrocamento. Vertical stress [MPa] 0, Colapso Fluência 5 Vertical strain [%] Ensaios edométricos para diferentes sucções Experimental data Total suction 0.0 MPa 5.7 MPa 97.0 MPa MPa Fitted curves 10 min 100 min 1000 min Oldecop & Alonso (2007) 15

16 2. COMPORTAMENTO DE ENROCAMENTOS Existe uma longa experiência em Portugal relativa ao comportamento de materiais tipo enrocamento (Veiga Pinto, ) Ensaio Triaxial Ensaios no LNEC 16

17 Resultados dos ensaios triaxiais com e sem molhagem 48 mm Entrada de água u 1 24 mm σ 3 Deviatoric stress (MPa) Volumetric strain (%) Model Triaxial: seco saturado Experimental molhagem Model Confining pressure =0.1 MPa Experimental molhagem Axial strain (%) Confining pressure =0.3 MPa Confining pressure =0.3 MPa Confining pressure =0.1 MPa Axial strain (%) Explicação da rotura com a molhagem: K = β σ * π a i i i i Vapour diffusion Liquid water Stress Intensity Factor: mede a resistência à propagação da fenda Air flow (RH%) Rockfill void Rock pore A água é como se fosse um agente corrosivo. β- Factor que considera a geometria do fragmento, o tamanho e a posição da fenda a i metade do comprimento da fenda A rotura dos blocos é responsável por deformações no tempo que se continuam a registar em barragens de enrocamento 17

18 Mecanismo de abertura de fendas V [m/seg] Oldecop & Alonso (2003) Região I (não há molhagem nem aumento da tensão) só há deformação devida ao rearranjo das partículas 100%RH or liquid water Região II (há molhagem parcial e/ou aumento da tensão) Algumas fendas ainda continuam a resistir mas outras abrem-se e vão para a região III logo há rearranjos devidos ao rearranjo dos fragmentos resultantes da rotura. Há redistribuição de esforços e fluência acentuada. Region I Região III as fendas estão-se a abrir rapidamente e há colapso K 0 > RH Region II K C "very dry" (vacuum) Region III Stress Intensity Factor K = β σ * π a i i i i O mecanismo de propagação de fendas explica a fluência observada Leituras no tempo lidas em ensaios edométricos para diferentes sucções λ t dε = d( Ln t) vertical strain x10-2 time (h) s=230mpa kPa kPa 400kPa kPa 800kPa -6.5 λ t 1000kPa -7.0 Cardoso (2009) 18

19 vertical strain x time (h) λ t s=2mpa 100kPa 200kPa 400kPa 600kPa 800kPa 1000kPa vertical strain x time (h) s=230mpa λ t 100kPa 200kPa 400kPa 600kPa 800kPa 1000kPa Cardoso (2009) A dependência entre a fluência, a sucção e a tensão vertical ilustra-se nos seguintes gráficos: UD2: s=230mpa UD1: s=38mpa U: s=3mpa 0.20 US: s=0mpa λ t / σ λ t x λ t / σ 0.05 λ t / σ Vertical stress (kpa) 19

20 Cap. 9 DIMENSIONAMENTO DE BARRAGENS 1. DIMENSIONAMENTO No dimensionamento de barragens tem que se considerar: a) Estabilidade dos taludes b) Folga (evitar overtoping) c) Largura do coroamento d) Acção sísmica e altura da onda de cheia e) Filtros e drenos/ Percolação no corpo da barragem f) Fundação g) Protecção dos paramentos de montante e jusante 20

21 Principais problemas em Barragens de aterro Marcelino (2009) APRESENTAÇÃO DO PROFESSOR MARANHA DAS NEVES 21