PROPR.IEDADES GEOTECNICAS DOS SOLOS COLUVIONARES E RESIDUALS DOAHE CORUMBA I.

NELSON CAPRONI JUNIOR - Furnas Centrals Eletricas S.A.ADHEMAR PALOCCI - Furnas Centrais Eletricas S. A.MASSAHIRO SHIMABUKURO - Fumas Centrals Eletricas S.A.JOSE BONIFACIO MADER RIBAS - PROMON Engenhaiia S.A.RUI TAUT MORI - Consultor - PROMON Engenharia S.A.

RESUMO: No presente trabalho apresenta-se urn estudo comparativo das

propriedades geotecnicas dos solos coluvionares e residuals da area de emprestimoutilizada na construcao do nucleo da barragem do AHE Conumba I. 0 estudomostra que as caracteristicas geotecnicas dos solos residuals sao adequadas a suautilizacao no nucleo da barragem. Um aspecto importante e o fato do

comportamento dos solos residuals sofrer menos a influencia da variacao daumidade, possuindo, tambem, melhor trabalhabilidade numa faixa mais ampla deumidade. As boas caracteristicas apresentadas pelos solos residuals e a economiaque a sua utilizacao representava permitiram que o nucleo fosse construido cornuma mistura dos solos coluvionares e residuals da area de emprestimo, fortalecendoassim a tendencia atual de utilizacao destes solos na construcao de barragens.

INTRODUCAO

0 AHE Corumba I, localizado no no Cor unba , proximo a cidade de Caldas Novas- GO econstituido de uma barragem de enrocamento com nucleo de solo compactado . A barragem tem.altura maxima de 90 m, totalizando urn volume compactado de 3.881.120 m ', sendo 580.000 m' desolo para o nucleo . No momento ja foi lancado 85% do volume total . A secao transversal tipica dabarragem a mostrada na Figura 1.

Para a construcao do nucleo foram pesquisadas dues areas de emprestimo , distantes 6,0 e8,5 Km do eixo da barragem. Inicialmente estava previsto a utrlizacao apenas dos solos coluvionares,o que obrigaria a exploracao das duns areas, pois a area mais proxima nao dispunha de volume

suficiente desse solo.

A necessidade de explorarao da area de emprestimo mail distante estimulou o estudo emlaboratorio das propriedades geotecnicas dos solos subjacentes ao solo coluvionar, composto de

residuals de micaxisto. Paralelamente ao estudo em laboratorio , foram executadas pistasexperimentais, utilizando-se quatro tipos de rolos compactadores, com o objetivo de verificar o

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comportamento dos solos residuals como material de construgao do micleo, e principalmente urnmelhor conhecimento de sua trabalhabilidade.

Os resultados dos ensaios de laboratlnio , aliados a boa trabalhabilidade desses solos nas pintasexperimentais, sobretudo com desvios de umidade acima da umidade otima , possibilitaram,posteriormente , a utilizagAo dos solos residuais de micaxisto das escavagoes obrigatorias da ombreiraesquerda, num volume correspondente a 15% do volume do nucleo . A utilizaglo dos solos daombreira esquerda nAo estava , inicialmente, contemplada no projeto.

EL.593,00 EL. 599,50

Cortina de Inje So

Figura 1 - Segao tipica da barragem

CARACTERISTICAS DOS SOLOS DA AREA DE EMPRESTIMO

A irea de emprestimo a constituida de uma camada superficial de solo coluvionar, cornespessura aproximada de 1,0 m, superposta a uma camada de 2,0 m de solo residual de micaxisto. Aparte superior do solo residual foi caracterizada como solo residual maduro e a parse inferior comosolo residual jovem.

0 solo coluvionar a basicamente constituido de urn material areno silto argiloso marrom eamarelo avermelhado . Na base da camada o coluvio apresenta-se com pedregulhos , fragmentos dequartzo e alguns conglomerados.

0 solo residual maduro a um material areno silto argiloso , pouco micaceo , amarelado commanchas marrons , cinzas e roxas, com alguns veios de quartzo.

Ja o solo residual jovem a um material areno siltoso pouco argiloso, miciceo, estruturado,roxo ou marrom com manchas amareladas e cinza. Este solo , tambem, apresenta veios de quartzo.

As principais caracteristicas dos solos da area de emprestimo sao apresentadas na Tabela 1.

Os ensaios apresentados na Tabela 1 foram realizados com destorroamento e secagem previado material. No entanto , segundo Mori (1 ), a caracterizagao de solos residuais jovens atraves deensaios rotineiros de laboratorio, com destorroamento e secagem previa , na verdade "descaracteriza"este solo pela destruigao de sua principal peculiaridade , que e a estrutura herdada da rocha de origem.

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Em que pese esta questao , os resultados apresentados mostran quo as propriedades indicesdestes solos tern valores muito proximos . A principal diferenga esta na porcentagem de argila c siltedos solos coluvionar e residual jovem.

Indices Media e Intervalo de Vaiiagao

I I Coluvio Residual Maduro Residual Jovem

% argia 31.00 17,0/42,0 20.00 6,5/3515 12.00 4,4/30,0

% silte 15.00 12,4/18,4 26.00 517/3916 30.00 12,8/47,3

% areia 52.00 44,6/66,5 48.00 35,2/68,5 55.00 38,3 / 78,4

% pedreg. 2.00 0,0/9,20 6.00 070/48,9 3.00 0,0/17,3

LL (%) 36.00 22,2/45,1 42.00 28,4/50,6 42.00 24,1 / 52,8

LP (%) 20.00 10,8/26,8 22.00 15,2/31,1 24.00 14,7/34,1

IP (%) 16.00 11,4/24,7 20.00 7,8/30,0 18.00 5,3/29,4

7smax 17,5 16,33 / 18,56 17,2 15,06 / 20,14 16,8 15,34 / 18,56

(Mm')

hot (%) 17.00 13,0/20,2 18.00 10,5/24,7 18.00 11,4/2216

hnat (%) 21.00 1 14,3/37,0 19.00 6,3/31,8 16.00 2,2/28,8

Tabela 1: indices de identificagao / caracterizacao e compactagao dos solos da area de emprestimo

COMPRESSIBILIDADE

0 comportamento dos solos da area de emprestimo quanto a compressibilidade esta

apresentado na Figura 2.

Nesta figura foram plotados os modulos de deformabilidade em relagao a umidade de

moldagem. Estes modulos, tornados pars 1% de deformagao, foram obtidos em ensaios de

compressao triaxial no adensados, nao drenados, nao saturados, pars tensoes confinantes de 100 e

800 kN/m2, em corpos de prova compactados.

Para umidades abaixo da umidade otima o coluvio apresenta modulos de deformabilidadesuperiores ao do solo residual jovem . Para tensao confinante de 100 kN/m2 o modulo de

deformabilidade do colavio, de 250 kN/m2, e o dobro do modulo do residual jovem.

Para a tensAo confinante de 800 kN/m2 a diferenga entre of, modulos de defotmabilidade e

menor, o modulo do coluvio a igual a 490 kN/m2 e o do solo residual jovem igual 360 kN/m2.

Corn o aumento da umidade o modulo do coluvio sofre uma consideravel redugao enquanto

que o do residual jovem se mantem praticamente constante. Para a umidade de 3% acima da otima os

modulos dos dois materiais tern valores muito proximos.

Este comportamento se mantem para a tensao confinante de 800 kN/m2 . Coin o aumento dograu de compactagio de 95% para 98% a imica alteragao a na queda do modulo de deformabilidade

do cohMo, muito mais acentuada.

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700---♦- COMivfo GC = 95%

-•-- Colw+o GC = se% Area--o-- Res . Jovem GC = ss%-- 0-- Res. Jovem GC = se % twolIMM

+- Coluvio + Res .GC = es%

a Res . Jovern - Pisto Experimental 2GC = 103%

-^ -^ -2 -t 0 1 2 3 4 5 E

Desvio de Umidade ( h - hot) (96)

Figura 2 - Varian dos modulos E1% corn a umidade do moldagem. Tensbes confinantes de 100 e800 kN/m2.

A faixa de umidade cm que o modulo do solo residual jovem se manteve praticamenteconstants a bastante ampla, indo de 3, 5% abaixo da otima (corpo de prova indeformado da pistaexperimental N°. 2) ate 5% acima.

Como no niicleo da barragem esta sendo lanrado uma mistura de solos coluvionares eresiduais , apresenta-se , tambem , os modulos de deformabifidade dessa mistura , realizada emlaboratorio. Os resultados encontrados pars a mistura situam -se entre os valores do coli vio e do soloresidual jovern.

Em termos de deformabilidade observa -se que o macico compactado corn o solo residualjovem tende a ser mail uniforme que o de coliMo.

RESISTENCIA AO CISALHAMENTO

Os parametros de resistencia em termos de tensoes efetivas obtidos nos ensaios naoadensados, nao drenados, nio saturados , estao apresentados na Tabela 2.

A Figura 3 apresenta as envoltorias de resistencia efetivas do coluvio a do residual jovem.

Para umidade abaixo da otima a resistcncia do coli vio a urn pouco superior em relagio a doresidual jovem. Para umidade acima da otima a situarao se inverte.

0 solo coluvionar apresenta uma significativa queda de resistencia corn o aumento daumidade , o que nao ocorre corn o residual jovem cuja resistencia praticamentc n1 o Sc altera.

Dos valores da Tabela 2 nota- se clue a mistura do coluvio corn os residuals apresentaresistencia superior a do coluvio c do residual jovem.

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Condi^ao Coluvio Residual Jovem Coluvio + Residuais

de co 0 ' c' p' c' 0'Moldagem kN/m2 kN/m2 kNW

GC = 95 % 69 27° 55 27, 5° 61 29°h - hot = -2%

GC = 95% 51 26° 32 29,5° 30 31°h-hot=0%

GC = 95% 34 24° 32 28,5° 30 290h - hot = +3 %

Tabela 2 - Coesio e fingulo de atrito efetivos - ensaios n1o adensados, nio drenados, n1o saturados

Too

-- Coluvio Area deRes Jovem Empreshmo

$00

Z_

Gh=h -hot

100 200 300-4-400 $00 Goo 700 $00 900 1000

Tensoo Normal (kN /m2 )

Figura 3 - Envohorias de resistencia efetivas - Ensaios nao adensados , n1o drenados, n1o saturados.

Em termos de resistencia o comportamento do solo residual jovern sofre menos a influenciada umidade e, portanto, o macico compactado corn este solo e, tambem, mail uniforme.

A Figura 4 apresenta a variarao da pressao neutra corn a tensao principal moor. Paraumidades acima da otima a pressao neutra cresce pars os doffs solos, principalmente pars tens3esconfinantes mail elevadas . No entanto, este crescimento a been maior pars o coluvio. 0comportamento da mistura 6 intermediario em relacao ao do coluvio e do solo residual jovem.

-400+

-000 0 200 400 600 100 1000

--^-'- Colovio

^-- Res.Jovem Area de--+-- Coluvio + Residuais Empreshmo

200 1400 1100 1100 200D 2200

Tensdo Principal Major (G, - kN /"2)

Figure 4 - Desenvolvimento da pressao neutra com a tensao principal major

PERMEABILIDADE

Em ensaios realizados em permeametro convencional , com GC = 95% e desvios de umidadede 0 e -2 % em relarAo a umidade otima, obteve -se coeficientes de permeabilidade da ordem de:

- coluvio - K20 = 3, 40E-05 cm/s;

- residual jovem - K20 = 1,30E-04 cm/s.

Em ensaios realizados com amostras indeformadas das pistas experimentais, que apresentaramgrau de compactacAo me dio de 104 % e desvio de umidade medio (h - hot ) igual a -6,3 %,obteve-se coeficientes na ordem de 4,40E-06 cm/s.

Embora o solo residual jovem apresente permeabilidade em laboratorio maior que a docoliuvio, os coeficientes encontrados sao adequados a sua utilizasao em macicos de barragem.

TRABALHABILIDADE

Para a verificarrao da trabalhabilidade dos solos residuais quando compactados, foramconstruidas quatro pintas experimentais, utilizando-se quatro tipos de robs compactadores , a saber:rolo tipo tamping C-410A da Hystcr, rolo tipo tamping TI-18 da Muller, rolo liso vibratono CA-25da Dynapac a rolo p6-de-carneiro SP-255 da Tema -Terra.

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O rolo liso vibratorio , como esperado, foi o que apresentou meihor desempenho para o soloresidual , seguido do C-410A. Os demais robs foram considerados inadequados pars este solo.

No solo residual jovem foi possivel trabalhar coin uma faixa de umidade mais ampla emrelacao ao solo coluvionar. Alem disso, este solo apresentou- se mais drenante quando molhado pelaschuvas, permitindo a retomada da compactarao com maior brevidade.

Segundo Mori (1), a trabalhabilidade dos solos residuals jovens pode ser identificada pelo seulimite de plasticidade , ponto de referenda da possibilidade de compacti-lo.

Mon (1 ) propoe , ainda, um ensaio de compactao , corn a frao que passa na peneiraN° 40, como referencia da trabalhabilidade dos solos residuals jovens . Nestes solos hi uma tendenciadas urnidades otimas serem maiores que as obtidas no ensaio convencional , com material passado napeneira N° 4. Este efeito a menor nos solos superficiais homogeneos , pois a fracao de solo entre asduas peneiras a menor que nos residuals jovens . A Tabela 3 mostra a posicao relativa entre aumidade 6tima convencional , a umidade otima obtida no ensaio proposto e o limite de plasticidade,comparando os solos de Corumbi I com outros solos.

Solo Ensaiado Local hot (%) hot # 40 (%) LP

Argila vermelha coluvionar 16,3 16,5 19,5Taquaruru

Residual Jovem de Basalto 30,1 32,0 38,5Argila coluvionar 20,2 20,0 22,5

ItaparicaResidual Jovem de Granito 10,2 13,0 17,3

luvio 17,9 16,7 20,4esidual Jovem Corumbi I 18 19,7 22,4

Residual Jovem (Ombreira Esquerda) 15 17,4 19,8

Coluvio + Residuais 17,3 17,4 21,3

Tabela 3 - Relarao entre lirnite de plasticidade e umidade otima

Os dados da Tabela 3 confimiarn a melhor trabalhabilidade dos solos residuals jovens,segundo os criterios propostos por Mori.

CONCLUSOES

Dos resultados obtidos em laboratorio e apresentados nesse artigo , alcm do comportamentodesses solos nas pintas experimentais e na propria construcao do nucleo da barragem , conclue-se queo solo residual jovem de micaxisto a adequado para a construcao de barragens.

Alem de se mostrar adequado este solo apresenta vantagens de ordem pritica, como:

- a possibilidade de se trabalhar numa faixa muito mais ampla de umidade , principalmenteacima da umidade otima;

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- em epocas do chuva , a posssibilidade , de retomada mais rapida dos trabalhos na praca decompactacAo.

No caso do Conunba I, cm f mq o do processo de escavasao proposto pelo empreiteiro daobra, de se explorar a area do emprestimo atraves de corte cm rampa , corn trator de esteira tipoCAT-D8, foi possivel um melhor aproveitamento dos horizontes dos solos, resultando na construciodo nucleo corn uma mistura de coluvio e residuais , corn predominancia destes ultimos.

Aprescntou , tamb6m, vantagens economicas , como a possibilidade de exploracao apenas daarea de emprestimo mais proxima e a utdiz lci o do solo das escavacoes obrigatoiias da ombreiraesquerda, num volume equivalents a 15% do volume do micleo , a clue inicialmente estava previstoapenas como vedacito das ensecadeiras.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecern a Furnas Centrais Eletricas SA por possibilitar os estudos aqui relatadose sua divulgacao . Agradecem tambem aos Engenheiros Jose Reginaldo de Castro Domingos eDionesio Werner Junior pela inestimavel colabora^ao prestada.

BIBLIOGRAFIA

1 - MORI, R. T., Propriedades de Engenharia de Solos Saproliticos . Anais do Simposio Sobre a

Geotecnia da Bacia do Alto Parana , Vol. 1A. P. 125 - Sao Paulo , Setembro/83.

2 - MORI, R. T., RIBAS, J.B.M., SHIIMIABUKURO , M., Pcculiarities of the Design of Corumba IEarth Core Rockfill Dam. International Symposium on High Earth -Rockfill Dam, Vol. I - Beijing,October/93 - China.

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