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XIV SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS
RECIFE
AGOSTO 1981
PRESSOES NEUTRAS NA BARRAGEM DE ITAOBA, RGS
TEMA: II
Shoshana Signer
Engenheira Civil M.Sc em Geotecnia
Rio de Janeiro
i .I i
1 - INTRODUcAO
Relata-se neste trabalho o desenvolvimento das pressoes neutras
no interior do nucleo da barragem de Itauba durante o periodo
construtivo e com o enchimento do reservat6rio. Comparam-se as
pressoes neutras previstas para cada etapa com as medidas poste
riormente. Para a etapa construtiva a previsao foi feita em ba
se de ensaios triaxiais com carregamento anisotropico e relagao
constante entre as tensoes principais, denominados PN. Para a
etapa seguinte, em base de redes de percolagao anisotropicas.
0 nucleo foi construido com solo residual de basalto compactado
e os espaldares, com enrocamento basaltico compactado, zoneado
segundo suas diversas qualidades.
A Barragem de Itauba situa-se no rio Jacui, com altura maxima de
90 m e comprimento de crista da ordem de 400 m. 0 volume total
envolvido e de 3.600.000 m3, sendo o nucleo com 600.000 m3.
2 - SOLOS DE EMP RRSTIMO
A area de emprestimo utilizada para a construgao do nucleo da
Barragem era de solo residual de basalto, podendo ser distingui
do em 2 niveis, de aspecto e propriedades diferentes. 0 nivel
superior, mais maduro, se constitui de uma argila vermelho escu
ro, plastica, de boa trabalhabilidace e com espessura da ordem
de 4 m. subjacente ocorre numa argila v6rmelho claro, siltosa
de propriedades, de engenharia inferiores e com espessura de ate
6 m.
Os 2 horizontes foram empregados indistintamente, exceto nos ul
timos 15 m abaixo da crista, nos quais empregou-se a argila es
cura plastica por ser uma zona ma.s sucetivel a trincas.
A tabela abaixo resume algumas propriedlades dos solos empregados
efetivamente, obtidas a partir de ensaios sobre blocos indefor
mados extraidos do aterro compactado:
LL LP IP & %<2 A % areia Y Smax hotg/cm3 / g/cm3
60 a 80 30 a 45 20 a 40 2,70 a 2,76 50 a 70 5 a 25 1,35 a 1,50 27 a 3
485
I
Quanto a compactagao de campo, foi utilizado o rolo Hyster
C-410A Tamping, exigindo-se um grau de compactagao ininimo de
96% dentro de um intervalo de umidade de hot-1% a hot+3%.
Os trabalhos de compactagao se concentraram do lado umido por
que as solos no emprestimo apresentavam em geral, umidades ele
vadas acima da otima, alcangando +10% de desvio de umidade.
0 controle de compactagao foi exercido atraves do ensaio Hilf-
-Proctor, analisando-se os parametros de compactagao estatisca
mente. 0 panorama resultante mostra, em relagao a Proctor, grau
de compactagao entre 96% e 101% e desvio de umidade entre-0,5%
e +4,08%.
3 - EVOLUcAO DAS PRESSOES NEUTRAS CONSTRUTIVAS
As pressoes neutras desenvolvidas no nucleo foram medidas por
piezometros pneumiticos da marca Geosistema, de fabricagao me
xicana. Sua instalagao foi efetuada a medida que o aterro su
bia e ao lado de cada piezometro foi extraido um bloco indefor
mado. De cada bloco foram moldados dois corpos de prova e sub
metidos a ensaio de compressao triaxial PN.
Neste ensaio o carregamento e feito anisotropicamente, manten-
do-se a relagao r = constante = 0,6 no caso. Se o corpo
de prova nao rompia durante o carregamento anisotropico, ao se
atingir a pressao maxima da camara, cisalhava-se o mesmo por
acrescimos de pressao axial, mantendo-se a pressao confinante
constante.
Na figura 1 mostra-se a segao de maior altura que & tambem a
segao principal de instrumentarao, com a locarao da maioria cos
piezometros. Os demais piezometros situam-se isoladamente ao
longo da Barragem.
Nas figuras 1, 2, 3 e 4 sao mostradas as previsoes e medidas
de cada piezomtero para o periodo construtivo.
Pode-se observar que as previsoes de comportamento com os en
saios PN foram confirmados muito satisfatoriamente pelas medi
das, tanto na forma de evolugao da pressao neutra com a pres
sao vertical, como seu valor absoluto. Pode-se inclusive notar
em varios casos, a coincidencia das leituras com a curva do en
saio. A boa qualidade do ensaio PN para previsao de pressoes
neutras ja foi anteriormente constatada num artigo por Cruz e
Signer (ref. 1), onde foram comparados os resultados ensaios
486
versus leituras para 4 barragens.
Em termos de valor absoluto, as pressoes neutras construtivas
desenvolvidas em Itauba foram baixas, no superando os 20% de
parametro B, apesar do solo ser argiloso e a compactagao tender
para o lado umido.
4 - PRESSOES NEUTRAS DEVIDO AO ENCHIMENTO DO RESERVATORIO
0 enchimento do reservatorio se deu em duas etapas: Na primei
ra, o N.A. foi elevado da cota 102 m ate a cota 165 m, em abril
de 1978. Durante os meses de agosto e setembro do mesmo ano, o
enchimento do reservatorio foi completado, passando o N.A. para
a cota de operagao normal de 183 m.
O estabelecimento das pressoes neutras permanentes foi bastante
rapido acusando a maioria dos piezometros praticamente os valo,
res definitivos, um mes apos o enchimento completo do reserva-
torio. Infelizmente muitos piezometros danificaram-se deixando
de operar ou operando precariamente com valores duvidosos.
A tabela seguinte mostra as medidas piezometricas desde o final
de construgao e ate o presente. A figura 5 ilustra uma tentati
va de esbogar uma cede (o andamento das equipotenciais) a par
tir das leituras. Procurando encontrar o modelo teorico de per
colagao no qual se encaixam as medidas peizometricas dispcriiveis
foram feitas diversas tentativas, algumas apresentadas em anexo.
A figura 6 apresenta a rede de fluxo para a condigao de solo ho
mogeneo e isotropico. A figura 7 apresenta uma rede de fluxo ani
sotropica com permeabilidade horizontal 9 vezes a vertical.
Tambem foi tragada a rede com relagao de permeabilidades horizcn
tal/vertical, de 25. Finalmente, a figura 8 apresenta uma rede
de fluxo tragada para a condigao de permeabilidade crescente can
a altura, uma vez que a elevada altura da barragem ocasiona um
gradiente significativo de pressoes, indices de vazios e conse
quentes permeabilidades ao longo da altura.
Deve-se lembrar que esse gradiente de pressoes efetivas tambem
existe no sent.do montante-jusante e quando o caso comportar 6
interessante considers-lo.
Analisando os valores da tabela e superpondo a figura 5 aos mo
delos de rede pode-se perceber a tendencia dos valores se ajus-
tarem melhor ao modelo de rede isotropica na regiao inferios do
nucleo, casando-se com a rede de permeabilidade variavel na sua
487
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488
porcao superior.
Infelizmente o desempenho dos piezometros a longo prazo foi in
satisfatorio, remanescendo poucos de leitura confiavel, impos-
sibilitando o detalhamento do modelo de percolacao que se desen
volveu no nucleo da barragem de Itauba.
9 interessaiite registrar que na barragem de Itauba notou-se in
fluencia de uma galeria de drenagem na ombreira esquerda, scbre
as piezometros de macho da mesma ombreira , que apresentam va
lores inferiores aos correspondentes na ombreira direita, nao
tao fortemente drenada.
5 - CONCLUSOES
i - 0 ensaio PN como descrito acima , se impoe cada vez mais
como eficiente ensaio para previsao das pressoes neutras
canstrutivas.
ii - 0 enchimento do reservatorio de Itauba provocou resposta
imediata e definitiva nos piezometros, apesar de tratar
de material de baixa permeabilidade.
iii - As press es neutras que se estabeleceram durante a ope
ragao do reservatorio, melhor se ajustaram a um modulo de
rede com permeabilidade variavel e crescente da base pa
ra a crista, principalmente na porgao superior do nucleo,
onde as pressoes medidas superaram os modelos convencio-
nais.
6 - BIBLIOGRAFIA
Cruz e Signer , 1973, " Pressoes neutras de campo e laboratorio
em Barragens de Terra". IV Sem. Nac . G.B, Vol. II, Tema II
RESUMO
i
Este trabalho trata da apresentagao e interpretagao das pres
soes neutras desenvolvidas no nucleo da barragem de Itauba, du
rante a construgao, enchimento e operacao do reservatorio.
No periodo construtivo o paramento B de pressao neutra alcan
cou 20%. Esses valores foram previstos adequadamente por meio
do ensaio PN, de carregamento anisotropico.
0 enchimento do reservatorio foi muito rapido assim como o fo-
ram as respostas dos piezometros.
Os valores piezometricos durante a operacao do reservatorio fo
ram objeto de interpretacao com o auxilio de 3 modelos de per
colacao: isotropico, anisotropico com permeabilidade horizon-
tal ma ' r que a vertical , e, com permeabilidade variavel naver
tical, endo esse ultimo o que melhor se prestou aintezP ^reta ao.
490
PRESSOES NEUTRAS PREVISTAS E MEDIDAS
PIEZOMETRO G-1
498,20 L98,6
G-10 G-11 G-12 G-13
LOCALIZACAO DOS PIEZOMETROS NA ESTACA 12
it00
Q. 20Wa
Locolizocbo do blocoe do pistbmetro.
G-14 G-15 G-16 G-
110,00
Estoco 5Coto 132 m
Most. 27m - M
Corocterisl,cos do bloco
LL •65%LP • 34%
IP • 31%
S • 2,70 g /cm3
%<2 A -69
% de oreio • 12
1<smds, • 1,432 p/Cms
not @28 8 %
Ensoto PN s/bloco indef
Medido do G -I
\\ ^^ Final do corrog . omsolr6pico
[Ah•t1,4%GC•96,3%
6,0 8,0 10,0 12,0
PRESSAO VERTICAL G, ou at , kg/em=
491
14,0
FIGURA 1
16x0
PRESSOES NEUTRAS PREVISTAS E MEDIDAS
50-
40
30-
20-
to-
PIEZOMETRO G-2
Corocter;sticos do bloco
Locoli :ocbo do blocoEstaco 6+2,4m
Coto 129 m LL' 85%e do pletometro LP, 46%Afast. 17m-MI
IP•39%
Ensoio PN s/bloco indef.
--- Medido do G-2
Final do correp, onisotr6pico
0 2.0
LL- 75%
LP' 44%
IP•31%
5 • 2,77 g /cm'
%<2µ n 72
% de oreio • 11
PIEZbMETRO G-18
Locolitocoo do blocoe do pie20metro'
Esloco 12
Coto 130m
Afost. 39m- M
Ensoio PN s/bloco indef.
---Medida do G-18
2.0 40 60T
80
PI EZOMETRO
Corocleristicos do bloco50
40-
30
1<'mda•1,369g/cm'
20 -
to-
0 20 4.0
h6t •33,6%
S n 2,75 p/cros%<2µ•70
% de oreio • 10
I'mdx .'1,408 g/cm'
h6t•31,9%
Ah •+1,9 %GCs 91,0%
nh•-0.7%C•91,8%
Coracterislicos do bloco
LL' 80%
LP, 43%
IP n 37'/.
3 • 2,75 t1 /cros
%<2,u•73
% de orsio' 14
Y'mox ' 1.369 g/cm'
h6t • 33,6%
10.0 12.0 14.0
G-19
60 80 100 12.0
PRESSAO VERTICAL G, Ou Xz. kg/Cm'
16.0 180
- Ensoio PN s/bloco indefMed.do do G-19
Finol do correp oniso-1ropico
14.0 160 18 0
FIGURA 2492
000
4s
50-
40-
30-
20
10-
Locolizoyoo do blocoe do piezomelro
PRESSOES NEUTRAS PREVISTAS E MEDIDAS
PIEZOMETRO G-14Estoai 12
Coto 110 m
Atostom. 56m- M
0 2.0 4 .0 6.0 80
Carocterlsticos do blocoLL' 777.LP• 367.IP•41%% <2A s 637. de oreio a 19S •2,728/cmI
Ismdx' 1,4609/cm3hot' 28,6 •/.
10.0 12.0 14.0
PIEZOMETRO G-15
50-
40-
30-
20-
10-
Corocteristicas do bloco
LL' 83%
LP' 32 %
IP•51%
<2M'66
de oreio • 17
b'2,77g/cros
^amcx • 1,428g/cros
hot•30,7%
120 140
PIEZOIAETRO G-16
Locolizoc6o do bloco I Estoco 12 Carocterishcos do blocoe do piezometro Coto 110m LL' 67 %
Atostom 22m-M LP-34%
IP•33%
I -2,72g/ems
57Ensoio PN sobre bloco indetor -modo '/. d
e
e ore io • 16
u<A,A. A. r.- 1A Jsmox'I , 4S4g/cros
'I- Final do correg onisotropico not ' co,y
0 20 40 60 80 100 120 140
PRESSAO VERTICAL Gi ou rz, hg/cros
493
160 18.0
160 180
16.0 18.0
FIGURA 3
--PRESSOES NEUTRAS PREVISTAS E MEDIDAS
50-
40-
30-
20-
00
0
O 30.QtoVfW
a 20Wa
0 10
W
.Qo:
PIEZOMETRO
Locahzo(bo do blocos do piezometro
Estoco 8
Coto 110 mAfostom 26m- M
Coracteristicas do blocoLL n 75%LP-- 32%IP•43%8 • 2,68 g/cros
•/. <2µ-59%deoreio•22Ismtix.' 1,433 g/cros
hdt.' 29.4%
Ensoio PN sobre bloco indeformodo
---Medldo do G-24F inol do correg. onisotropico
\\ /
2.0 4,0
Localizocoo ;;o blocoe do piezometro
/\
Ah n -5,8%GC-102,2%
6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0 le 0
PIEZOMETRO G-25
Estoca 10 Corocteristicos do blocoCoto 110m LL • 76% '/. <2µ 64 smdx' 1,4658/cros
Afostom . 26m-AdLP • 34/. % de oreio • 16 hot,' 28,6%IP-42 /.
•2,73g/cros ^Ah'-0,5'%eGC n 94,3 %
Ah•+2,8 /.GC n 92,5•/.
Ensoio PN sobre bloco sndetormodo
---Medidado G-25
Final do corre g. onisotropico
2.0 4.0
PIEZOMETRO G-26
50-
40-
30-
20-
t0
0
Locolizocoo do blocoe do piezometro
6.0 so 10.0 12.0 14.0
Estoco 13Coto 110mAtostom.26m-M
160 1(0
Corocteristicos dobloco
LL-83% 1smax 1 , 406g/cm
^.P n 38% hot .30,7%IP•45%b n 2,770/cros
%<2u n 70'/. de oreio • 18
20
Ensato PN sobre bloco -ndeformodo
-- -Medido do G-26
7 Final do correg . onisotr6pico
60 80 100 12.0
PRESSAO VERTICAL f, ou 6z, kg/cros
4.0 14.0 160 18.0
FIGURA 4494
6-24
G-13
PRESSOES MEDIDAS COM 0 RESEVATaRIO EM OPERAcAO
FIGURA 5495
184,00 N.A. MAX.
Nl1CLEO COMPACTADO
REDE DE FLUXO ISOTR6PICA
496FIGURA G
NUCLEO COMPACTADO
RM
6=9
0 10 20 30mESCALA ORIGINAL
REDE DE FLUXO ANISOTROPICA
F IGURA 7497
NUCLEO COMPACTADO
REDE DE FLUXO COM PERMEABILIDADE VARIAVEL
FIGURA 8498