AVALIAÇÃO CRÍTICA DE EXPERIÊNCIAS DE PROJETO E CONSTRUÇÃO DE BARRAGENS DE TERRA E ENROCAMENTO TEMA 111. Relator: Bayardo Materón

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1 AVALIAÇÃO CRÍTICA DE EXPERIÊNCIAS DE PROJETO E CONSTRUÇÃO DE BARRAGENS DE TERRA E ENROCAMENTO TEMA 111 Relator: Bayardo Materón Agradeço ao Comitê Brasileiro de Barragens (CBDB) por me dar a oportunidade de participar neste importante Seminário como relator do tema 111 sobre Avaliação Crítica em projetos de barragens de terra e enrocamento para os seguintes tópicos: a. Deformações nos maciços utilizando métodos matemáticos (FEA) ou apreciações empíricas. b. Interface de barragens de terra ou enrocado com estruturas de concreto. c. Comparações técnicas entre barragens do tipo de enrocamento compactado com cara de concreto (CFRD) e enrocamento compactado com núcleo de asfalto (ACRD). d. Influência das condições topográficas e geológicas na definição de arranjos. 1) DEFORMAÇÕES EM MACIÇOS As deformações em maciços especialmente de enrocamento tem sido calculadas utilizando métodos matemáticos de elementos finitos para estudos paramétricos, assumindo as propriedades físicas dos materiais e modelando as barragens com programas conhecidos como os tipos Flac 2D ou 3D que permitem calcular deformações plásticas e recalques da barragem quando submetida a esforços de compressão e corte. Estes métodos são úteis para definir zoneamentos comparativos internos da barragem e decidir alternativa mais conveniente para um projeto. 1

2 Adicionalmente estas modulações permitem introduzir simulações sísmicas e avaliar as potenciais tendências, recalques e deformações que resultam quando se aplicam acelerações dentro das premissas de operação, Fator sísmico (OBE) e também no caso de máximas acelerações possíveis, Fator sísmico (MDE). Entretanto, nos enrocamentos a apreciação das propriedades físicas do material depende muito da homogeneidade dos estratos e das características da rocha que podem produzir granulometrias já sejam uniformes ou bem graduadas. O resultado das deformações é difícil de avaliar por métodos matemáticos devido à anisotropia que resulta na construção dos aterros. É importante durante a construção da barragem calibrar continuamente os movimentos obtidos pela instrumentação com os calculados por métodos matemáticos já que na maioria dos casos existem diferenças com a realidade. A continuação se descrevem dois exemplos de barragens tipo CFRD (Face de Concreto) construídas com diferentes tipos de rocha e espessura das camadas, onde a deformação do enrocamento referida à altura da barragem foi completamente diferente. Nestes casos é importante o conhecimento do comportamento dos enrocados pela experiência e os métodos empíricos para determinar deformações são muito úteis. A experiência em compactação de enrocamentos bem graduados (Ignimbritas) com aplicação de água a razão de l/m 3 e compactadores vibratórios de 20ton. de peso total, com camadas entre 60 a 80 cm, nos indicam valores de densidades muito altas (> 2.10 t/m 3 ) para rochas com peso específico de (~2.60) e absorções da ordem de (3%). No caso específico da barragem de El Cajón, 186 m, construída no México o recalque final foi da ordem de 75 cm, antes do enchimento do reservatório, no centro da barragem que representa 0.40% H. Seria oportuno que o Panelista Humberto Marengo, ao final de minha exposição, nos narre a experiência da CFE com enrocamentos bem compactados. Em barragens com enrocamentos uniformes (basaltos) com aplicação de água similar (200 l/m 3 ) e compactadores de 20 ton 2

3 porém camadas mais espessas de 80 a 160 cm. resultam valores de densidades similares (2.1 t/m 3 ) para rochas com peso específico alto (~2.80) e absorções da ordem de (1.8%) porém com relação de vazios alta > 0.30 devido à uniformidade do material. No caso específico da barragem de Foz do Areia, 160m de altura, construída no sul do Brasil o recalque final antes do enchimento foi de aproximadamente 3.60m no centro da barragem que representa 2.25%H. Seis vezes maior que os valores observados na barragem de El Cajón embora a barragem de Foz do Areia é de altura inferior. O estado de arte atual indica que a compactação deve ser executada com camadas pouco espessas, m, com um número de passadas determinado previamente com aterros experimentais utilizando compactadores modernos de peso estático superior a 5t/m sobre o tambor e frequência de vibração entre 1300 e 2000 vpm. Conclui-se que a utilização de métodos matemáticos em enrocamentos pode ser útil para estudos paramétricos mais para a determinação de deformações da estrutura estas devem ser continuamente calibradas com a instrumentação quando se quer predizer os movimentos de uma barragem em construção. No caso de barragens de terra onde a mecânica de solos permite calcular as deformações e recalques em forma mais precisa os métodos matemáticos de elementos finitos são mais úteis. 2) INTERFACE DE BARRAGENS DE TERRA OU ENROCADO COM ESTRUTURAS DE CONCRETO. As interfaces entre muros de concreto em contato com solos do núcleo impermeável ou enrocamentos da barragem devem ser analisadas para cada estrutura já que o comportamento de cada material é diferente e pode criar problemas de diferença de pressões com variações na permeabilidade e consequentemente fluxos ou percolações que causam erosão nas interfaces. 3

4 O capítulo 13 do livro de Cruz P. (100 barragens Brasileiras) discute amplamente os problemas que tem surgido em barragens onde a interface de materiais diferentes como solo/concreto ou enrocamento/concreto tem produzido: - Problemas de arqueamento do núcleo; - Recalques diferenciais com consequência de percolações e erosões. - Erosões em fundações na interface com arenitos. Estes problemas podem ser corrigidos com o projeto de adequadas transições que atendam requisitos de permeabilidade, estabilidade interna contra erosão, resistência e deformabilidade, projetando os muros com inclinações que garantam pressões de contato entre os materiais e o muro. A continuação se apresentam ilustrações de problemas ocorridos em interfaces. INTRODUZIR POWER POINT INTERFACES Seria importante que o panelista Cássio Viotti comente sobre estas interfaces já que no Brasil com vales amplos existe vasta experiência neste tipo de soluções bem sucedidas. (Marimbondo, Itumbiara, Água Vermelha, São Simão). 3) COMPARAÇÕES TÉCNICAS ENTRE BARRAGENS TIPO CFRD E ACRD. A utilização de material asfáltico como elemento de impermeabilização se remonta a milhares de anos como tem sido relatado em utilizações na Índia (Vale do Indo). Entretanto, recentemente a partir dos anos 60 se construíram barragens com núcleos de asfalto na Alemanha, Áustria, Noruega e China que permitem ser comparadas às barragens com face de concreto embora as alturas atingidas por estas últimas sejam maiores e sobrepassam os 230m de altura. 4

5 Investigações efetuadas no concreto asfáltico permitem concluir que este material apresenta características físicas que o favorecem na utilização como elemento impermeável em diferentes tipos de barragens. Quando se utiliza como núcleo impermeável de barragens de enrocamento apresenta as seguintes vantagens e desvantagens comparadas com barragens de enrocamento com face de concreto: INTRODUZIR POWER POINT COMPARAÇÃO BENA e BEFC 4) INFLUÊNCIA DAS CONDIÇÕES TOPOGRÁFICAS E GEOLÓGICAS NA DEFINIÇÃO DE ARRANJOS. A maior parte das contribuições recebidas neste Seminário referemse a influência topográfica e geológica na definição do tipo de barragem e se comenta os tratamentos necessários para neutralizar instabilidades ou adotar medidas que garantam o perfeito comportamento das estruturas. Analisando os trabalhos recebidos pode-se concluir que dos 13 trabalhos selecionados para apresentação oral 1 trabalho refere-se a utilização de modelos matemáticos para a predição de deformações. (Reventazón). Um trabalho apresenta o projeto da barragem de Foz do Chapecó com núcleo de asfalto e o resultado de controles tecnológicos do material do núcleo indicando sua qualidade para o bom comportamento da estrutura. Outro trabalho discute os resultados da instrumentação colocada nas interfaces da barragem de Cana Brava. Um terceiro trabalho discute a modelagem e a avaliação do revestimento com enrocado do canal de derivação da Usina Hidrelétrica de Belo Monte e 8 trabalhos discutem a influência de condições topográficas e geológicas e o tipo de solução para resolver o projeto e construção de acordo às condições do sitio da barragem. As conclusões da análise dos trabalhos são as seguintes: 5

6 O estado do arte das barragens de enrocamento indica que o melhor comportamento se obtém quando se compactam em camadas entre 60 e 80 cm com rolos vibratórios de 20 ton ou mais e pressões estáticas sobre o tambor superior a 5 ton/m, utilizando umedecimento com água a razão de l/m³. A deformabilidade do enrocamento, dentro destas condições depende de sua granulometría e relação de vazios finais. Altos índices de vazios (>0.30) resultam em baixos módulos de compressibilidade. Os modelos matemáticos são uma ferramenta útil para estudos paramétricos e para definição de zoneamento dentro da barragem, porém precisam de correlações e correções com valores obtidos na instrumentação quando se quer predizer a deformação da estrutura com valores reais. O trabalho sobre a barragem de Reventazón em Costa Rica sustenta esta experiência além de ensinar que é possível utilizar materiais locais de inferior qualidade quando se coloca um dreno vertical no centro da barragem. Idêntica conclusão se deduz da zonificação da barragem de Chaglla em construção no Peru. As barragens de Angostura, Ancoa e Chaglla apresentam soluções inéditas para o tratamento da junta perimetral quando se tem ombreiras íngremes ou estratos deformáveis que produzem movimentos excessivamente grandes (~30 cm) da junta perimetral. O trabalho sobre Foz do Chapecó apresenta um projeto viável e pratico comparável às soluções de barragens de enrocamento com face de concreto. Neste relato se discutem as vantagens e desvantagens que tem de ter-se em conta para selecionar o tipo melhor de barragem para um sitio em estudo. O controle do núcleo e transições é possível com um bom laboratório similar ao laboratório empregado na construção. (Furnas). Os trabalhos sobre a Usina de Mimoso e Cana Brava realçam a importância no tratamento das fundações e interfaces. Em Mimoso, com problemas de saturação, drenagem e interface, estes foram corrigidos adequadamente utilizando investigações geofísicas. Em Cana Brava além da instrumentação colocada nas interfaces se enfatiza a importância de observar visualmente as estruturas já que algumas medidas de esforços e pressões podem não representar as forças que ocorrem na interface com a estrutura. 6

7 O trabalho sobre arenitos apresenta uma classificação importante sobre 4 tipos diferentes que alertam o tipo de tratamento que deve ser dado para projetar uma estrutura estável. Métodos de determinação de filtros e transições são bem apresentados na barragem de Colíder da Copel. O trabalho sobre a redução de fissuras e trincas das lajes de concreto apresenta a experiência na barragem Chinesa de Jisi Gorge recomendando controles na seleção dos materiais, especialmente o cimento, e tratamentos construtivos que tem reduzido a presença de irregularidades e o número de fissuras. O autor compara os resultados desta barragem com barragens chinesas construídas com alto conteúdo de cimento, pouca utilização de aditivos e altos valores de abatimento (slump) demonstrando que a redução de fissuras é substancial. Finalmente o trabalho de modelagem do canal de derivação do projeto de Belo Monte é muito interessante já que não tem precedência por sua magnitude, pelas dimensões e comprimento da ordem de 16Km, com vazões de m³/s. O piso do canal é protegido por um enrocamento e modelado para determinar as curvas granulométricas e evitar erosões. Um aspecto relevante deste Seminário é a participação de trabalhos nacionais e internacionais com a presença de experiências em barragens na China, Peru, Chile, México e Costa Rica que valorizam a importância de construir novas barragens e reservatórios como elementos básicos para o desenvolvimento sócio econômico de qualquer país em crescimento. 7