recife xiv seminario nacional de grandes barragens de terra na superficie... · no projeto da...
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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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- N.Y.
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Broms,B. (1971) "Lateral Earth Pressures Due to
Compaction of Cohesionless Soils" - IV Budapest
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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