Post on 09-Sep-2018
XVII SEMINARIO NACIONAL DE CRANDES BARRACENS
BRASILTA
ACOSTO 1987
BARRAGENS DE TERRA - ASPECTOS CONSERVADORES
NOVOS CONCE I TOS
TEMA I V
Eng9 I,ui z Hernani de Carvalho
Prof. do Centro Tecnol6gico da Iini
versidade Federal do Ceara e Che4e
da Divisao de Barragens do Departa
mcnto National de Obras Contra as
Secas - DNOCS
---- - '
BARRAGENS DE TERRA - ASPECTOS CONSERVADORES :
NOVOS CONCEITOS :
1 - Tecnologia Tradicional
A partir do inicio do Seculo XIX, com Mesnard, por
volta de 1802 , surgia os primeiros conceitos tecnol6gicos das
barragens de terra, calcados em fundamentos matematicos, ago
ra, com hip6teses totalmente reformuladas.
No decorrer daquele Seculo e ate os nossos dias, a
execucao de barragens, sua tecnica executiva, aprimorou-se, gra
cas a inumeros Mestres da Mecanica dos Solos, os quais refina-
ram a tecnologia das barragens de terra a tal ponto que o aci
dente com uma obra , face ao universo construido torna-o despre
zivel, na amostragem das barragens concluidas com sucesso.
Talvez esta situagdo tenha levado os barrageiros a
aceitarem os conceitos formulados com base em estudos analiti
cos, comprovados na pratica como "absolutamente " certos, posi-
cionando - se como os quo crcem no aforismo popular : " time que
esta ganhando nao se mexe :
Sera que nao seria possTvel aprimorar determinadas
tecnicas , corretas na sua usual maneira de ser, mas, advindo
dal uma otimizacao do produto final, aliada a minimizacao de
esforcos e consequentemente, de custos?
Poucos, no campo das barragens de terra se tem aven
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ONWINTPIP P" I 1
turado a sair da sua habitual apatia, e natural,por pr6prio do
ser humano, para mudar as regras de uma determinada tecnica clue
se apresenta como correta , na teoria e pratica.
A estes poucos, rendemos nossa homenagem, pela cora
gem de se expor a critica dos no menos ilustres colegas, na pro
cura de uma causa mais profunda das "tarefas concretas" analisan
do-as, muitas das vezes, sem a possibilidade de uma comprovacao
experimental mas,ainda assim, com argumentos tao convincentes '
que se torna dificil refute-los. Eles sao poucos e neste tra
balho alguns serao citados pela abordagem de temas que the di
zem respeito embora outros meregam igual honra.
2 - Et^Pas Construtivas Numa Barragem de Terra : Tradicao
"Versus " Renovagao
2.1 - Fun^ll^c Rochosas nas Barragens de Terra:
Com excecao de Stini, Lugeon e poucos outros,
somente na decada de 40 do presente seculo os especialistas em
fundacoes de barragens "descobriam" que como um paradoxo, as
fundacoes rochosas se constituiam as mais complexas e como tal,
as mais dificeis.
Foi com o desenvolvimento da Mecanica das Rochas e
com o"pacto-de-amizade" entre a Mecanica dos Solos e a Geologia,
advindo dal a criagdo de um novo campo de estudos, a Geologia '
de Engenharia, quo fundamentos mais precisos foram comprovados
sob a luz de uma analise matematica racional e a sua ratifica
qdo na pratica.
Ainda assim, as divergencias subsistem, por foraa da
complexidade.
A extrema anisotropia do manto litico, desde a sua
formacao cristalografica ate os fenomenos fisicos que o afetam,
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como as fissuras , as diaclases , as falhas , as expansoes, os re-
jeitos e uma serie infindavel de fenomenos fisicos e quimicos, e asso
ciados, tornam uma fundacao rochosa um prot6tipo. Talvez seja es
to a razao mor de tao apaixonante :
0 Professor Victor de Mello na sua Rankine Lecture
traduz de forma correta, toda a problematica de um tratamento de
uma fundacao: "One must caution the designer, that a mental mo
del applicable to one type of rock and foundation condition may
be quite inapplicable to another type of rock and foundation".
Resta ao estudioso , ao fim,submeter - se as hip6teses
simplificadoras.
2.1.1 - Tratamento das Fundacoes Rochosas :
E consagrado pela boa tecnica o tratamento das funda
toes rochosas das barragens de terra, como consistindo de uma
serie de atividades , naturalmente sequcnciada como : sondagens
preliminares , ensaios de perdas -dagua, injecao de solucao obtura
dora, e comprova4ao das injecoes por meio de novos ensaios de
perda dagua.
Surge de pronto a pergunta formulada por Houlsby
"Quando e ate quando injetar ? :... " Uma tecnologia aparente
mente tao simples e na verdade uma das tecnicas mais complexas.
Tao complexa clue americanos corn sou o` max = 0,25 Kg/cm2.m e
europeus corn Cr = 1,00 Kg/cm2 .m divergem por diferencas inmax
concebiveis . Os primeiros , conservadores por forma de uma acomo
dacao pr6pria dos empreitantes que nao alteram uma posigdo que
lhes da confianga se algo prejudicial nao venha acontecer, a
partir dos muitos resultados positivos que obtiveram no passa-
do. Os europeus, pela lideranca dos empreiteiros que, apoiados
numa pesquisa continuada , procuram o melhor corn maior proveito '
economico.
Quem esta certo? Sera a impermeabilizagao o fator
fundamental e unico a ser procurado no tratamento de uma fundacao?
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i
A pressao maxima europeia, de 1 kg/cm2.m, apelando para o com-
portamento elastico de uma rocha estara correta?
0 Prof . Costa Nunes, adota variacao linear para a
pressao , a expressao:
p = a + bx
p - pressao maxima (kg/cm)
x - profundidade (m)
onde a depende da natureza da rocha e b e igual a 1/10 da mas-
sa especifica da rocha. Para granitos gnaisse, a = 2 kg/cm2.
Pressoes acima das usuais, foram por vezes, aplica-
das, Como no caso de Allt na Lairige, cuja presao maxima atin-
giu 18,89 kg/cm2.m, ensaio efetuado por Jaeger, sobre a rocha
de fundacao.
0 Autor vem trabalhando em fundacoes de barragens
ha mais de duas decadas. Na sua vivencia tem observado compor
tamentos anomalos para os diversos tipos de rochas com as quais
teve oportunidade de tratar.
Enquanto o micaxisto na barragem do Araras, no Cea
ra, mal admitia a taxa maxima americana, ensaios feitos no are
nito da barragem Brumado, na Bahia, fora da area da fundagdo ,
demonstravam, gracas a extensometros a menos de 1,00m do furo
de ensaio, que pressoes superiores a 10 kg/cm2 no afetavam a
regiao circunvizinha.
Nao e s6 pois, a adocao de pressoes escolhidas, mas
uma analise acuidada de uma associacao de parametros, aliados
ao estabelecimento de uma descarga freatica minima, abaixo da
qual nao mais importa tratar a fundacao.
E verdade que sao poucos os exemplos citados em que
o manto rochoso moveu-se ou rompeu-se por foraa das pressoes de
injec6es. Zaruba, segundo Jaeger cita algumas deformacoes de
0,05 a 0,05 mm sob pressao de 3 a 6 kg/cm2.
Cremos que o criterio mais recional e tomar por
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base, ate quao importante e a descarga freatica que se franquea
ra a fundacao, ap6s tratada. Para determinados projetos, uma
descarga freatica atraves da fundacao, e, nao s6 benefica, mas
complemento de uma maior, obtida por meio de hidromecanicos,
para a regularizacao do vale a jusante.
Nestas circunstancias, press6es de 0,4 Kg/cm2. in, em
migmatitos gnaisses e arenitos tem sido adotadas pelo Autor,
limitadas a uma profundidade de ate 2/3 da carga hidraulica'
na segao, ate uma obturacao de 3 a S Lugeons para barra
gens de terra.
Outro parametro limitante utilizado pelo Autor
a carga hidraulica minima de 3 metros.
Com a execucao maxima de 3 linhas de injecao, em 5
estagios na pior situacao as respostas no caso de migmatitos '
tern correspondido, como o atestam as comprovacoes atraves dos
ensaios de perda dagua.
2.1.2 - Limpeza da Rocha de Fundacao:
Ao contrario do que muitos exageram, os cuidados
com o jateamento de ar ou agua sobre a superficie rochosa
deve se ater a procura de fendas superficiais que fiquem '
mascaradas pela alteracao ou residuos da limpeza. Nunca para
se assegurar perfeita interligacao rocha "versus" macigo sili-
co-argiloso. Uma eventual transicao rocha x residuo de altera-
cao x macico, nao diminuira as condig6es geomecanicas ou hidrau
licas do macigo. Notadamente sob o aspecto hidraulico em que
uma fratura por acomodacao do material de transigao seria loca
lizada extendendo-se, "in extremis", ate sua interceptanao pelo
filtro.
3 - Fundoes Aluvionares :
Estas sao mais faceis de serem trabalhadas. 0 septo
estanque interceptando o aluviao ate" a rocha tera sua funca-o im
permeabilizante incrementada pelo pr6prio aluviao confinante.
299
No Nordeste Brasileiro os aluvioes acumulados no leito
dos rios, decorrentes das alteracoes periodo chuvoso,periodo se
co, dao margem a uma operacao facil,na execucao da fundacao no
aluviao, gragas a intermitencia dos cursos ddgua.
0 processo mais usual, e simplesmente a escavacao do
aluviao ate a rocha, normalmente situada de- 3,00 a - 8,00 m.
Quando aparece o lencol freatico e que na maioria das
vezes e hidrostatico, consequencia de depress6es topograficas
da superficie rochosa no leito do rio, a solugdo mais simples
a execugao de duas cortinas argilosas, dentro do aluviao, a mon
tante e a jusante da fundagdo.
Quando ocorre um fluxo subsuperficial, como aconteceu
na barragem Farias de Souza, em Nova Russas, Ceara, o aterro si
lico-argiloso, langado interceptando o aluviao pode ser feito
por etapas.
Por fim, o Autor tem adotado cow norma,projetar e execu-
tar as barragens de terra em aluviao, alargando a cava de funda
gdo desde o "off-set" de montante ate o eixo da barragem. Este
procedimento oferece uma maior seguranga a descargas exageradas
atraves da fundagao, sem a extrema necessidade de tratamento no
caso de barragens de ate 30 m e a um custo adicional insignifi
cante.
Evidente que a geologia da fundagdo ditara a solucao
final.
4. - Macigos Silicos-Argilosos :
Na execugdo dos macicos em barragens de terra, conti
nua sendo adotada a mesma tecnica dos ultimos 30 anos, com Va
riacoes em funcao dos novos equipamentos.
0 Controle, gragas ao Metodo de Hilf, tornou mais agil,
o processo de liberagdo das camadas.
Dentro do que se pode convencionar de solos comuns, a
execugao dos macigos terrosos nao apresentam maiores problemas.
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Estes problemas passam a surgir na medida que os parametros geo-
tecnicos , se afastam do convencional . E o caso das lateritas'
dos filitos , dos saprolitos.
4.1 - Solos \a-0. ("onvencionais :
Embora a secao ideal de uma barragem seja a homoge--
nea, razoes econ6micas afastam a secao "as built " da projetada,
a medida que os solos escasseiam e/ou distancias do transporte
aumentam.
Surge,entao a necessidade da utilizacao dos solos nao
convencionais , tendo-se em mente que o projeto com a utilizacao'
maxima dos solos circunvizinhos a obra, deem margem a um proje
to simples , econ6mico , com disposigao apropriada a minimizar as
fraturas internas e, consequentemente , evitar o surgimento de
"pipings ", fruto de pressoes de percolacao excessivas, eros6es
bem como se manter estavel , sob as diversas condicoes de opera
gdo Para as quais foi calculada.
4.1.1 - Solos Lateriticos:
0 Autor tem experiencia em macico construldo com la
terita.
Sob o aspecto estabilidade.os seus parametros geotec
nicos the emprestam condicoes comparaveis a um GC, superior aos
Sc.
Possui permeabilidade superior a 10-6 cm/s, sua granu
lometria com uniformidade bem distribuida , assegura - lhe auto-col
matacao, ocorrendo mui dificilmente "piping".
Como aspectos negativos podem ser citados:
a) - alteracao fisico-quimica em presenca da agua. Tais altera
toes provocam a liberacao de particulas finas, inferiores a
peneira 200, com predominancia de ferro- manganes tendendo
a se alojar no filtro chamine colmatando-o, consequentemente.
A solucao que encontramos foi projetar um filtro
duplo, de modo que , admitindo uma inteira obstrucao do
303
primeiro filtro, apos decadas de operacao da barragem, o segun-
do filtro passasse a funcionar, aumentando, em conseque-ncia
a vida util da barragem,sem problcmas dc surgencia a jusante.
4.1.2 - Filitos Decompostos :
0 filito, rocha metamorfica, intermedio entre o mica
xisto e a ard6sia se caracteriza por uma granulacao fina, cons
titulda por mica, quartzo e clorita, com macroestrutura
folheada. De aspecto sedoso, gragas a sericita sua consti
tuicao oferece condicoes de facil intemperismo, na presenca do
ar. Contudo a sua textura di margem, normalmente a uma intern
perizacao gradual, sem discontinuidade. Assim, os solos madu
ros, oriundos do filito possuem um horizonte praticamente cons
tante, seguindo-se alteracao do solo, rocha decomposta e rocha
sa. Ate este ultimo limite, o horizonte varia de 1,00m a 1,50m.
Esta e a observacao verificada no Nordeste Brasileiro, onde
ocorre o filito. Estas ocorrencias localizam-se no oeste de
Pernambuco, sul do Ceara e sudoeste da Paraiba.
Ocorrencias de filitos, associadas a calcareos se dao
em Alagoas e Sergipe : No Piaui ocorrem associados a siltitos e
argilitos.0 Autor, a partir da construcao das barragens Riacho
dos Carneiros, em Juazeiro do Norte, Ceara e da barragem de Je
nipapeiro, em Olho d'agua, Pb, chegou as seguintes conclusoes:
1) - 0 horizonte de alteragdo do filito e uniforme, va
riando de, no maximo, 0,50 m.
2) - A escavagdo do horizonte decomposto, resulta em um
solo com predominancia pedregulhosa, aparentemente impropria
para a execucao dos macigos .
3) - A sua umidade otima gira em torno de 15 a 17%.
4) - Ap6s umedecido , gradeado e compactado, em camada de
0,30 m transforma - se num solo tipo SM, facilmente compactado
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com 8 passagens de um rolo do tipo CA-25 da DYNAPAC,
5) - 0 controle da compactacao pode ser feito, na maio-
ria dos casos, polo h1etodo Proctor-Hilf.
6) - Ensaios Matsuo levados a cabo, revelaram permeabi-
lidade, " in situ" da ordem de 10-6 cm/s.
7) - Vas barragens citadas foram executados nucleos de
material mais argiloso. Contudo, a experiencia induz a se asse
gurar confiabilidade no macico homogeneo com a colocacao dos
filtros horizontal e vertical, usuais.
4. ) - H i tres
0 Autor, ao longo de quase 3 decadas de atuacao no
campo de barragens de terra, tem observado o comportamento qua
se sempre fora das previsoes,dos macigos, quanto a descarga
freatica esperada, funcao da carga hidraulica oriunda do lago
formado.
No caso da barragem de Caxitore com 25 m de altu
ra executada em material SC, com permeabilidade de 10 - 7 cm/s, Se
gundo Darcy, a descarga freatica deveria atingir o tapete fil
trante, ap6s cerca de 10 anos.
No segundo ano, ap6s o enchimento do lago, surgiu
uma descarga freatica atraves do "rock-fill", de proporcoes re
duzidas, com agua limpida , mas,ainda assim, contrariando os cal
cubs analiticos.
A barragem Caxitore, no municipio de Uruburetama ,
Ceara foi executada em 2 etapas, de modo a se enfrentar a fase
da cheia do rio, com o paramento de montante em cota de seguran
ca. Assim, construiu-se o macico, na la. fase conforme figura
3, ate a cota 67,50, com um coroamento de 12,00 m; o talude
de jusante de 1:1, ficando a parte restante para ser execu
tada no periodo invernoso, com o rio desviado por canal cons-
truido na margem direita, onde se implantaria a tomada dagua.
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i
306
Ap6s atingida a cota 67,50 m, pelo lado de montante, os traba-
lhos foram concentrados na parte de jusante.
A ombreira esquerda da barragem e bastante ingreme!
com inclinacoes superiores a 459.
A temperatura varia na regiao entre 209C,e 409C, ti
pico de clima semi-arido.
Estas condicoes, aliadas ao tipo de solo SC com mais
de 15% da fracao, constituido de argila, levaram a retracaodo
macico, surgindo uma fissura de cerca de 3cm, na secao coinci
dente com a margem esquerda do leito do rio, onde comeca a om
breira esquerda.
A barragem estava sem agua e a fissura foi tratada
com calda de argila, peneirada do pr6prio solo, nao se consti
tuindo maior problema.
0 surgimento de uma descarga freatica, apos o enchi
mento do lago, induz a se concluir que outras fissuras internas
existiam no macico, nao aumentando a descarga, gracas a uma
auto-colmataca`o do macico, amparado no filtro construido.
A acao do filtro na diminuica-o ou eliminagdo do es
tado de colapso de um macico silico- argiloso tem sido verifi
cado em outras ocasio-es.
Na barragem de Pogo Verde,em Itapipoca, Ceara com
cerca de 20 m de altura, na cheia de 1959, a falta de drenagem
a montante, aliada a deficiencia da compactacao do macico fo
ram impotentes a rutura do macigo, gragas a acao do fil
tro.
Fato deveras interessante ocorreu na Barragem Ser
ra Branca II, em Serra Branca, Paraiba.
0 macico e constituido de solo com granulometria '
bem distribuida, desde 1" at6 30% em media, passando na pe
neira n9 200. 0 solo, SM1/SC, apresentou-se, em parte como NP.
originario de gnaisse predominante na regiao.
Amostras obtidas no macigo comprovaram a baixa
307
I I J ill „, f of W I
compactacao de camadas no macigo aliada a excessiva umidade.
Quando da primeira enchente do lago, verificou-se '
uma descarga excessiva atraves da fundacao aliada a saturacao do
talude de jusante seguindo-se uma acomodacao generalizado do maci
go, com diminuigao gradativa das descargas observadas.
A conclusao a que se chegou e c,ue as condicoes au
to-filtrantes do macico tornaram a situagdo de alerta em condi
gao de perfeita estabilidade.
0 Autor conclui que o dispositivo mais importante '
de uma barragem e o sistema filtrante notadamente o filtro cha
mine, responsavel pela seguranca da barragem, no caso de fraturas
hidraulicas a montante do mesmo.
A dimensao de um filtro, por decadas, tem obedeci
do aos criterios do U.S. Bureau of Reclamation.
Estudos recentes levados a cabo pelo Soil Conserva-
tion e pelo Prof. Sherard, concluem que os filtros devem ser
projetados, com base na dimensao da particula do material de fil
tro, correspondents a 15% em peso do material passando na se
rie Tyler, D15f. A partir deste criterio, os solos para dimen-
sionamento dos filtros sao classificados em 4 grupos:
19 Grupo - siltes e argilas com com mais de 85% em peso
passando na peneira N° 200
D15f 9D85b
29 Grupo - Solos com 40 a 850, em peso , passando na peneira
N° 200:
D15f 0,7 mm
39 Grupo - Solos com 150 ou menos, em peso, passando na
peneira N4 200:
D15f - 4 D85b.
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49 Grupo: - Solos com 15 a 40% passando na peneira N4 200:
D15f - obtido por interpolagdo da reta tracada pe
los pontos langados a partir dos grupos 29 e 39.
Os criterios acima, na verdade nao contestam ague
les do U.S. Bureau of Reclamation ou Armv Corps. Eles sao fruto
de uma pesquisa criteriosa dirigida no sentido de previnir fugas
de particulas finas, no caso de fraturas hidraulicas.
0 Autor opta por analisar as resultados da juncao
dos dois criterios, Bureau e S.C. Service, pois as mesmos podem
ser conciliados.
Quanto ao paralelismo entre as curvas dos materi-
ais de base e do filtro, cremos que poucas barragens tern observa
do tal. Contudo, de um modo geral, os filtros respondem satisfa-
toriamente.
5) - Rock-Fill:
E usual no DNOCS, projetar-se o enrocamento-de- pe
de jusante de uma barragem de terra, com cerca de 1/3 de sua
altura maxima.
Ate certo ponto, este criterio tern alguma l6gica
se tornado como um alerta para que o desmonte de rocha efetuado
no sangradouro e obras complementares, seja aproveitado na bar-
ragem.
Quanto a outros aspectos, o rock-fill deve com-
preender somente a espessura do tapete filtrante funcionando co
mo um dreno.
6) - Protcgdo do Montante:
E, indubitavelmente, o rip-rap de pedra jogada, a
mais eficiente protecao ao combate da acao das vagas sobre o pa-
ramento de montante.As fermulas existentes sao empiricas e diver
gem entre si, no calculo da espessura do rip-rap. Tanto as for
mulas de Stevenson, quanto a de Molitor ou Gaillard, para o cal
culo da onda maxima e seu deslocamento carecem de fundamento te6
309
ff ^.^^u:^+:sem
rico comprovado, uma vez que ao serem propostas por Comissoes
Especiais criadas pela ASCE e pelo Army Corps, em 1949,poucos
dados existiam sobre os procedimentos prescritos.
Ap6s 40 anos continua a ser adotada uma formula
empirica com termo, na sua expressao analitica, elevada a quar
to potencia, como a formula Molitor, sem se pesquisar o grau
de validade da mesma. Menos espessura significa menos onus
para a obra.
0 Autor, a cerca de 10 anos, passou a adotar nos
seus projetos, o "rip-rap" executado sem a classica transicao,
mas Como um "tout-venant".
Houve oportunidade de se observar a gradacao gra
nulometrica do "rip-rap", ap6s alguns anos de funcionamento,'
constatando-se uma perfeita variacao na mesma.
A espessura minima para o rip-rap, sem a execucao
do berco de areia, por razoes construtivas, no deve ser infe
rior a 0,50 m. E o diimetro maximo da rocha nao deve ultra-
passar a 2/3 da espessura. Evidente que no caso de seixos
rolados, e blocos no detonados e indispensavel a transicao
em areia.
7) - Conclusao :
A tecnologia desenvolvida ate o presente, para o
projeto e construcao de uma barragem de terra atingiu um esta
gio que, apesar de uma certa dose de empirismo, ainda assim o
produto final e, em geral de boa qualidade.
Devemos contudo, louvar as pesquisas, com base em
experimentos que levam a comprovacao da tecnologia analisada,
melhorando as caracteristicas tecnicas e econ6micas da obra.
8) - Resumo:
0 sucesso obtido no campo tecnol6gico das obra.s
hidraulicas, notadamente das barragens de terra tem imposto a
manutencao de certas tecnicas construtivas e de projeto, ainda que
310
sua utilizacao se imponha as vezes, mais por tradicao do que
por comprovadao te6rica.
A introducao de concepcao modernas quebrando aquela
tradicao as vezes com emprego de novas tecnologias deve ser '
motivo de aplausos quando se dd por Lorca de acuradas and
lises comprovadas no campo.
311
Biblio g rafia :
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Hill, N. York, 1952.
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3) - Houlsby A.C. - "Engineering of Grout Courtains to Standard'
Journal of Geot. Eng. Div. - ASCE - Vol. 103, n9 GT9 - '
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ASCE N. York, 1985.
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7) - Leinz V.& Leonardos , 0. H. - "Glossario Geol6gico , Cia Edit
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cial das Barragens de concreto " - 14 Seminario Nacional
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