XIV SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS

RECIFE

AGOSTO 1981

PRESSOES DE TERRA NA SUPERFICIE DE MUROS DE CONCRETO EMCONTACTO COM BARRAGENS DE TERRA

TEMA I - Detalhes Especiaisem Projetos Geotecnicos eConstrucao de Barragens

HIROMITI NAKAO

Hidroservice -Eng.de Projetos Ltda.Rua Afonso Celso, 235Sao Paulo

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PRESSOES DE TERRA NA SUPERFICIE DE MUROS DE CONCRETO

EM CONTATO COM BARRAGENS DE TERRA

I NT ROD UcA0

Nas obras hidreletricas construidas em vales abertos,

as estruturas de vertedouro, casas de maquinas e

eclusas ocupam,geralmente, a sua parte central,

coincidente com o leito do rio e as ombreiras sao

ocupadas por macigos de terra e/ou enrocamento. Nestes

casos, as ligagoes entre as estruturas de concreto e

esses macicos podem ser feitas atraves de muros de

transirao que funcionam como barragem de concreto de

gravidade e que gradativamente vai se transformando

no nucleo impermeavel da barragem, a medida que a por

ela envolvida.

No caso de barragens so de terra, que apresentam

taludes externos mais suaves, o comprimento dos muros

tornam-se muito longos. Como o custo dos muros sao

elevados, o trecho do macigo que envolve o muro e

transformado, em geral, em barragem de enrocamento

com nucleo de argila,conseguindo-se assim taludes

externos bastante ingremes e redugao no comprimento do

muro. Como, em geral, o custo do macigo de enrocamen

to e maior que o da barragem de terra, a passagem de

um para outro tipo de macigo e gradual, visando

atingir o talude ingreme de enrocamento somente junto

ao muro, pois e a inclinagao do talude nesta area que

vai definir o comprimento do muro. A passagem gradual

traz ainda a vantagem de tornar regular a superficie

externa do macigo, criando condigoes favoraveis para

o encoamento e a aproximagao da aqua no vertedouro e

tomadas d'agua.

As variagoes nos tipos de materiais e nas geometrias

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dos macigos e o seu zoneamento tornam bastante comple

xos os cilculos dos empuxos para dimensionamento

estrutural dos muros.

No projeto da Barragem de Sobradinho, no rio Sao

Francisco, os empuxos foram calculados nor metodos

simplificados e os muros foram instrumentados Para

medigao posterior dos empuxos.

0 presente trabalho apresenta os resultados das

medigoes realizadas nos muros de transigao da casa de

maquinas e eclusa.

A Figura 1 apresenta o trecho da Barragem da margem

direita onde estao implantados os muros instrumenta-

dos.

0 muro ia casa de maquinas tem a altura de 28 m e

inclinagao-de 1(H):10(V) na sua face perpendicular ao

eixo da barragem e altura de 45 m e a mesma inclina-

gao no seu paramento de montante. Existe, portanto,

um desnivel de 17 m na fundagio da barragem, que

consequencia da escavagao realizada a montante para

atender as finalidades construtivas. Este muro e

envolvido pela barragem somente a montante, ja que a

jusante pelo fato de existir o hall de montagem ele

e um muro de encosto.

0 muro da eclusa e envolvido a montante e jusante e a

fundagao a regular, determinando uma altura constante

do muro, igual a 28 m. As inclinagoes das faces de

fim do muro e de montante sao iguais as do muro da

casa de maquinas.

A segao da barragem entre os muros a do tioo zoneado,

com o contranucleo de jusante constituido de

enrocamento e cascalho silto argiloso compactados,

nucleo de argila silto arenosa compactada e o

contranucleo de montante de cascalho silto argiloso

compactado. A Figura 2 apresenta a segao transversal

tipica.

A construgao dos macigos envolvendo os muros da casa

de maquinas e eclusa tiveram desenvolvimentos

diferentes. No muro da eclusa o macigo ao seu redor

foi construido antes do macigo entre os muros. Isto

criou uma junta de construgao que descia da crista do

muro para a fundagao com inclinagao de l(V):10(H). Ja

no muro da casa de maquinas o macigo ao seu redor foi

construldo apos a construiao do macigo entre os muros.

0 pe da junta de construiao estava a cerca de 50 m do

muro e a junta tinha a inclinagio aproximada de

1(V) :4 (H) .

0 solo constituinte do nucleo da barragem a uma

argila silto arenosa , coluvionar, com as seguintes

caracteristicas medias: limite de liquidez 32%,

Indice de plasticidade 18%, fragao argila 27%, peso

especifico seco maximo 1,88 g/cm3 e umidade otima

13,6%. 0 enrocamento, ocupando a zona externa do

macigo e constituido de fragmentos saos de rocha

gnaissica com diimetro maximo de 0,6 m.

0 solo argiloso foi compactado em camadas de 0,2 m,

com umidade proxima a otima, dando-se 10 passadas do

rolo pe de carneiro com peso de 6 t por metro linear

do tambor. 0 enrocamento foi compactado com 6

passadas do rolo liso vibratorio com 10 t de peso

estatico, molhando-se as pedras antes das passadas do

rolo.

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INSTRUMENTAQAO E RESULTADOS DAS MEDIgOES

Foram utilizadas celulas Kyowa de pressao total

instaladas no contato do nucleo da barragem com os

muros de transicao. A instaladao foi realizada quando

o macico da barragem estava cerca de 1 m acima do

nivel de instaladao, abrindo-se poco e assentando as

celulas dentro dos nichos deixados durante a

concretagem.

Foram instaladas sete celulas em cada muro, sendo

tr&s na face do fim do muro e quatro na face de

montante. As Figuras 3 e 4 apresentam as posicoes das

celulas em cada um dos muros.

Logo apos a instaladao da celula e antes de cobri-la

com o solo compactado, foi feita uma serie de leituras

para obtengao da leitura zero. Nos dias seguintes, ja

com o macico sendo alteado foram continuadas as

leituras, com pequeno intervalo de tempo, visando

melhor definirao da curva de desenvolvimento da

pressao. Apos este periodo inicial as leituras torna

ram-se semanais.

As Figuras 5 e 6 apresentam os desenvolvimentos dos

aterros ao redor dos muros e das pressoes medidas

pelas celulas.

As pressoes aumentaram rapidamente no inicio,

acompanhando o carregamento devido a construgao do

macigo e mais lentamente ap6s o macigo ter atingido a

cota final. As celulas 5 e 7 acusaram diminuigao de

pressao, eventualmente pela dissipagao da pressao

neutra ou desenvolvimento do processo de redistribui-

gao das tensoes. As celulas 4 e 6 que ao final da

construgao acusavam pressoes relativamente baixas

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continuaram a desenvolver pressoes apos o termino da

construgio do aterro e ultrapassaram um pouco as

pressoes previstas nos calculos de dimensionamento.

Nas Figuras 7 e 8 sao apresentadas as presses medi-

das ao final da construcao e as pressoes maximas

medidas a longo prazo. Nestas Figuras sao apresentadas

tambem as pressoes previstas nas faces do fim do muro

e de montante.

As pressoes na face do fim do muro aumentam muito

lentamente com a altura do aterro. Para a altura de

ate 7 m, que corresponde uma pressao geostatica de

aproximadamente 14 t/m2, as pressoes medidas foram

muito proximas das previstas. Para alturas maiores, as

pressoes medidas sao cada vez mais afastadas das

previstas. Assim, para altura do aterro de 12,5 m,

acima da cota de instalagio, a relagao entre as pres-

soes medidas e as previstas a variavel entre 0,38 e

0,68. Esta relagao varia entre 0,21 e 0,36 quando a

altura do aterro cresce para 22,5 m. A causa provavel

destas diferengas e o desenvolvimento dos fenomenos de

arqueamento no nucleo argiloso que transfere parte da

carga geostatica para o contranucleo de enrocamento de

jusante e parte para o proprio muro.

Na face de montante as pressoes medidas sao bem mais

proximas das previstas. Com a altura do aterro de 22,5

m a relagio entre pressoes medidas e previstas variam

entre 0,45 e 0,75. Provavelmente neste caso tambem

houve o arqueamento porem, devido a geometria do

zoneamento, onde o contranucleo de enrocamento apoia

sobre o nucleo, o fenomeno foi menos pronunciado.

Pela Figura 8, fazendo-se a extrapolagao da curva

correspondente a face do fim do muro, a mesma atinge

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o eixo da ordenada em torno do valor de 3 t/m2. Este

valor deve ser interpretado como pressao originaria

da compactagao e que no foi totalmente dissipada. Na

mesma Figura, a curva correspondente a face de montan

to atinge o eixo da ordenada proximo ao valor zero.

Provavelmente, neste caso, as tensoes resultantes da

compactagao foram dissipadas devido a maior liberdade

de deformagao do macigo nesta regiao.

0 enchimento do reservatorio foi notado somente pelas

celulas instaladas nas cotas baixas e principalmente

por aqueles da face de montante. As celulas 1,2 e 10

acusaram aumentos de pressao entre 4 e 6 t/m2 quando

o nivel d'agua do reservatorio estava cerca de 17,5 m

acima das suas cotas de instalagio. Das celulas da

face do fim do muro somente na celula 3 foi notado o

efeito do enchimento do reservatorio, aumentando a

pressao em cerca de 3 t/m2.

Todos os aumentos da pressao foram quase simultaneos

com a elevagao do nivel do reservatorio.

CONCLUSOES

Os zoneamentos dos macigos tem grande influencia

sobre a distribuigao das pressoes sobre os muros.

Apos a conclusao dos macigos ocorrem redistribui-

goes de tenses e as pressoes sobre os muros podem

tanto crescer como diminuir neste periodo. Nos

casos em que crescem podem atingir valores que sao

1,5 a 2,5 vezes maiores que aqueles observados ao

final da construgao.

As pressoes originarias da compactagao se mantem na

face de fim do muro e se dissipam na face de montan

te.

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Na Barragem de Sobradinho, as pressoes previstas

foram em geral maiores que as medidas nas celulas.

Somente nos casos de pequena altura do aterro os

valores previstos foram menores que as medidos.

AGRADECIMENTO

0 autor agradece a CHESF-Companhia Hidro Eletrica

do Sao Francisco S/A a permissio para publicar as

informacoes contidas neste e ao Eng4 Hamilton G. de

Oliveira, supervisor da HIDROSERVICE nor

ocasiao da construcao da Barragem de Sobradinho.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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61

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Conference on Soil Mechanics and Foundation

Engineering.

RESUMO

Este trabalho apresenta os resultados das medidas de

pressoes de terra sobre as faces dos muros de abraro

da Barragem de Sobradinho. A complexidade da secao

transversal da barragem e a irregularidade da fundacao

foram fatores decisivos na distribuicao das presses

na interface solo-concreto. Na face do fim do muro,

uma parcels das pressoes medidas foi originada dos

esforcos de compactacao dos solos e o aumento da

pressao com a altura do aterro foi sensivelmente all

viado pelo.efeito do arqueamento. Na face de montante,

as pressoes originadas da compactagao foram dissipadas

e o aumento da pressao foi de aproximadamente 40% da

pressao vertical do macho.

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