BARRAGENS DE TERRA E DE ENROCAMENTO AULA 3 Prof. Romero César Gomes - Departamento de Engenharia Civil / UFOP
Análises da Estabilidade de Taludes de Barragens Escolha das Seções Críticas seção de altura máxima; seções em condições críticas de fundação (principalmente em caso de fundações com problemas potenciais em termos de geração de poropressões elevadas); seções em condições de perfis geotécnicos complexos Parâmetros de Projeto programa de investigações geotécnicas seleção dos parâmetros de projeto Condições de Carregamento final de construção regime permanente de fluxo; rebaixamento rápido; análise dinâmica (estabilidade sob eventos sísmicos)
Análises da Estabilidade de Taludes de Barragens Análise em Tensões Efetivas (TEF) utilizar parâmetros efetivos de resistência ( drenados ): c, φ ; determinar as tensões efetivas estimando-se as poropressões geradas em cada caso; análises aplicadas tipicamente no caso de taludes em solos granulares ou em análises a longo prazo para taludes em solos pouco permeáveis; aplicável também no caso de taludes em final de construção ou em análises de rebaixamento rápido para taludes em solos pouco permeáveis. Análise em Tensões Totais (TET) utilizar parâmetros totais de resistência ( não drenados ): c, φ; determinar as tensões totais em cada caso; análises aplicadas tipicamente no caso de taludes em final de construção ou em análises de rebaixamento rápido para taludes em solos pouco permeáveis; não aplicável a outras análises.
Análises da Estabilidade de Taludes de Barragens c, φ c, φ
Análise I - Durante e Final de Construção FS = 1,3
Análise I - Durante e Final de Construção Condições gerais convencionalmente adotada em projeto (a não ser no caso de barragens de pequena altura), embora rupturas da barragem nestas condições sejam pouco comuns; em geral, a condição mais crítica ocorre ao final de construção mas podem ser necessárias análises adicionais para estágios intermediários da obra. ambos os taludes são analisados nestas condições. ocorrem variações complexas das tensões ao longo do maciço compactado; em função das reduzidas permeabilidades dos solos compactados e dos prazos relativamente rápidos da construção, as condições de drenagem tornam-se muito limitadas e, assim, elevadas poropressões tendem a ser desenvolvidas no aterro da barragem (fato análogo pode ocorrer com os terrenos de fundação) umidades de compactação acima da ótima desenvolvem maiores poropressões, que são também geradas mais rapidamente; as camadas compactadas podem ficar saturadas, em função do processo de adensamento induzido pela construção da barragem ou pela ação de chuvas.
Análise I - Durante e Final de Construção Análise da estabilidade em termos de tensões efetivas: Utilizar parâmetros efetivos de resistência com base na envoltória de ensaios CD (solos muito permeáveis) ou de ensaios CIU com medidas de poropressões ensaios CIU (solos mais permeáveis, tipicamente com k > 10-4 cm/s). Análise da estabilidade em termos de tensões totais: Utilizar parâmetros totais de resistência com base na envoltória de ensaios UU ou de ensaios CU sob as condições de adensamento mais adequadas às condições representativas do problema real (solos menos permeáveis, tipicamente com k < 10-7 cm/s).
Análise I - Durante e Final de Construção Condições de campo Condições de Laboratório (ensaios UU): Laboratório σ 1 = σ 3 : tensões iniciais; σ 3 : constante; σ 1f : σ 1i + σ 1 : tensões finais sem adensamento e sem drenagem direção invariável das tensões principais Campo σ 1 σ 3 : tensões iniciais e finais com adensamento e drenagem rotação das tensões principais parâmetros de resistência de campo parâmetros de resistência de laboratório!
Análise I - Durante e Final de Construção Procedimentos para a Estimativa das Poropressões de Campo - ensaios triaxiais tipo não adensado e não drenado; - ensaios triaxiais sob acréscimos variáveis da tensões (σ 1 / σ 3 ); - ensaios triaxiais tipo K 0 (mais indicado); - correlações com dados de instrumentação de barragens similares, etc. Em caso de não estabilidade dos taludes pelas análises realizadas, podem ser adotados os seguintes procedimentos: avaliação dos dados de instrumentação e correlação com os dados previstos; intercalação de camadas drenantes no maciço; paralisação temporária dos serviços de compactação (p/ dissipação das poropressões); abatimento do talude de jusante (adoção de taludes mais suaves).
Análise II - Regime Permanente de Fluxo Condições gerais - percolação induzida pelo reservatório cheio (condição de ruptura mais freqüente); - rupturas catastróficas; - análise associada diretamente ao projeto da drenagem interna da barragem; - condições críticas em termos das análises de estabilidade do talude de jusante. FS = 1,5
Análise II - Regime Permanente de Fluxo Análise da estabilidade em termos de tensões efetivas: Utilizar parâmetros efetivos de resistência com base na envoltória de ensaios CD (solos muito permeáveis) ou com base na envoltória de ensaios CIU, com as poropressões sendo obtidas diretamente da rede de fluxo da barragem.
Análise III - Rebaixamento Rápido Condições gerais - desconfinamento lateral do talude de montante, pelo rebaixamento rápido do nível do reservatório; - geração de poropressões pelo aumento das tensões cisalhantes na zona do rebaixamento; - correlação entre as condições de drenagem do solo compactado em relação às velocidades de rebaixamento (função do volume do reservatório e da capacidade do vertedor); - rupturas não catastróficas. FS = 1,2-1,3* * admitindo-se uma hipótese atípica do evento
Análise III - Rebaixamento Rápido Análise da estabilidade em termos de tensões efetivas: Utilizar parâmetros efetivos de resistência com base na envoltória de ensaios CD (solos muito permeáveis) ou de ensaios CIU com medidas de poropressões, obtidas diretamente da rede de rebaixamento da barragem.
Análise III - Rebaixamento Rápido Análise da estabilidade em termos de tensões totais e efetivas: Utilizar parâmetros de resistência obtidos com base na envoltória conjugada ou mais crítica das obtidas a partir de ensaios CIU e CD ou CIU e CIU para solos menos permeáveis (ou adotar esta sistemática para quaisquer solos).
Análise III - Rebaixamento Rápido Poropressões a partir da rede de fluxo de rebaixamento: u = γ w h p - B γ w h w sendo B 1 (B ~ 0,2 a 0,4)
Análise IV - Estabilidade contra Terremotos Condições gerais Método pseudo estático: utilizar parâmetros efetivos de resistência (adotar as mesmos critérios da análise para a condição de regime permanente de fluxo), associados a uma dada solicitação dinâmica (força horizontal expressa pelo produto do coeficiente sísmico pelo peso da massa potencialmente instável). %g FS = 1,1 (evento sísmico)
Análise IV - Estabilidade contra Terremotos Recomendações para implantação de barragens em zonas sísmicas (Seed, 1973): evitar zonas de falhas nas fundações; prever ampla borda livre no reservatório; adotar elevadas espessuras das zonas de transição, utilizando-se materiais não susceptíveis ao fissuramento; utilizar núcleos espessos de materiais com características auto-cicatrizantes ; utilizar dispositivos apropriados para minimizar efeitos de ondas provenientes dos próprios tremores ou de escorregamentos para dentro do reservatório; utilizar dispositivos na crista da barragem para minimizar efeitos de erosão no caso de galgamento da barragem ( overtopping ); adotar medidas adicionais para impedir rupturas de taludes ou deslizamento da barragem.
Análises Tensões-Deformações de Barragens Causas principais de fissuramentos em barragens: - desenvolvimento de tensões de tração em zonas do maciço devido a recalques diferenciais - condicionantes devido à geometria do arranjo e/ou compressibilidades distintas entre os materiais de aterro e fundação Natureza das fissuras: longitudinais ou transversais ao eixo da barragem Análise do problema: métodos numéricos + resultados de instrumentação
Análises Tensões-Deformações de Barragens
Análises Tensões-Deformações de Barragens Alteração da geometria do arranjo barragem - fundação arqueamento do eixo da barragem; deslocamento do eixo da barragem; escavação e substituição dos materiais existentes; alteração dos taludes, etc Alteração do comportamento reológico dos materiais alteração dos parâmetros de compactação; redução da velocidade da construção; mistura de diferentes materiais; substituição de materiais, etc Especificação dos filtros e zonas de transição Interferência na continuidade das fissuras; efeitos favoráveis no processo de auto-colmatação das fissuras
Análises Tensões-Deformações de Barragens Elevação (m) 830 820 810 800 790 780 770 760 750 740 730 720 710 700 690 680 670 660 650 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 Distância (m) UHE NOVA PONTE Malhas de elementos finitos simulação do processo construtivo Elevação (m) 830 820 810 800 790 780 770 760 750 740 730 720 710 700 690 680 670 660 650 27 23 24 2526 21 22 20 18 19 16 17 15 14 6 7 13 12 5 4 10 11 3 2 9 1 8 1 2 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 Distância (m)
Análises Tensões-Deformações de Barragens Elevação (m) 830 820 810 800 790 780 770 760 750 740 730 720 710 700 690 680 670 660 650 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500-0.2-0.3-0.4-0.8-0.7-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.1 Distância (m) Curvas de iguais deslocamentos verticais Curvas de iguais deslocamento horizontais Elevação (m) 830 820 810 800 790 780 770 760 750 740 730 720 710 700 690 680 670 660 650 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500-0.1 0-0.1 0 0.1 0.2 0.3 Distância (m) 0.4 0.5