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TRATAMENTO DE IMPERMEABILIZAQAO DE FUNDACOES DE

BARRAGENS : SERA MESMO NECESSARIO?

Geol. Walter Duarte Costa

ENERCONSUL T Engenharia Ltda.

RESUMO

0 presence trabalho chama a atengao para um terra muito polemico e que podeinfluir muito no custo e no planejamento de uma obra de barramento: o tratamentode impermeabilizagao das fundagoes.A nivel mundial as discussoes sobre tal assunto sao muito antigas, porem ate hojenao foram normatizados criterios que considerem todos os aspectos envolvidosna decisao sobre a injetabilidade de uma fundagao.No Brasil esse assunto parece ainda ser tabu e poucos sao os autores que temlevantado o problema e caracterizado a imperiosa necessidade de aprofundarmais o assunto, antes de adotar o "dogma religioso" citado por Casagrande, queconsiste em programar sistematicamente cortinas de injegoes, independente-mente da real necessidade de sua construgao.0 trabalho aborda as aspectos que tern gerado toda a polemica sobre o tema,dos quaffs se destacam a objelividagde e a eficiencia dense tipo de tratamento.Analisa ainda a influencia dos aspectos regionals e a situagao brasileira diante doproblema. Finalmente, discute importantes aspectos a considerar como criteriospara definir as condigoes de injetabilidade de um macigo rochoso, como aqualidade dos dados de ensaios e a influencia dos fatores geolbgicos.A pergunta que Integra o titulo do trabalho acha-se parcialmente respondida nasconclusoes e recomendagoes.

1. INTRODUCAO

O tratamento da fundagao de uma barragem pode ser entendido comp uma serie de operagoes visando me-Ihorar as caracterfsticas dessa fundagao, em fungao da obra a ser construlda. Considera, portanto, desde asatividades mais superficiais, como a limpeza de todo o material improprio para servir de base a obra e aregularizagao da superffcie rochosa, ate o methoramento das condigoes de sub-superffcie. Nesse ultimocaso sao inclufdas as cortinas de impermeabilizagao e injegoes de consolidagao, atem de furor e pogos dealivio para drenagem.

0 presence trabalho aborda a aplicabilidade de apenas um desses tipos de tratamento, que e o deimpermeabilizagao. Considerando o tema em que devera ser inserido neste seminario, sere dada a materiaum enfoque de planejamento, exctuindo assim, qualquer consideragao sobre metodologia de execugao dotratamento.

Nesse contexto, parece constituir o cerne da questao a necessidade ou nao de executar o tratamento deimpermeabilizagao.

Sabe-se que esse tipo de tratamento a oneroso, dispende tempo e, muitas vezes, interfere em algumas Easesconstrutivas da obra, retardando a sua execugao e dificultando a sua operacionalidade.

Por outro lado, dois aspectos sao muito discutlveis: a aplicabilidade do metodo como solugao para asproblemas consequentes da percolagao e a eficiencia conseguida em sua execugao.

A maturagao de tais assertivas suscita de imediato as seguintes questoes: em todas as barragens ate hojetratadas, foi realmente necessaria a execugao Besse servigo?; em quantas barragens tratadas esse servigonao representou apenas um desperdfcio de dinheiro?; quanto representa em percentuais da construgao daobra, o custo da impermeabilizagao de uma fundagao de barragem? Sera que alem do alto custo, otratamento de alguma barragem nao piorou a situagao de suas fundagoes, principalmente nas ombreiras?; aimpermeabilizagao tem sido utilizada como metodo preventivo ou corretivo? De que forma tem sido testadaa eficiencia da impermeabilizagao nas barragens tratadas?; existem criterios seguros comprovados paradiagnosticar a real necessidade de impermeabilizagao de uma fundagao de barragem? qual a experienciamundial e brasileira sobre o assunto?

A dificuldade em responder a maioria dessas questoes leva-nos a indagagao suprema: Sera mesmonecessario?

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2. DISCUSSAO FILOSOFICA SOBRE A NECESSIDADEDE TRATAMENTO

A polemica sobre a necessidade de tratamento das fundagoes de barragem para efeito deimpermeabilizagao a bastante antiga , considerando que os primeiros tratamentos desse tipo foramrealizados em 1900 e jA em 1932 o processo era contestado por Terzaghi (in Casagrande - [8]). Em uma dasaulas ministradas, este professor citou: "em muitos casos os proprietarios sao avarentos e perdula rios pelodesperdicio de muito dinheiro em injegoes e pouco ou nenhum nos meios de observagao, os quaffs poderiamclaramente esclarecer se a cortina de injegoes a eficiente ou nao". Casagrande [8], em 1961, teceu tambourseveras criticas ao use indiscriminado do tratamento de impermeabilizagao de barragens. Analisando casosem que engenheiros e chefes adotaram tais tecnicas em sit uagoes que eles mesmos reconheciam como ina-dequadas , disse Casagrande : "parece que temem atacar algo que a tido como urn dogma religioso pelamaioria, na profissao". Sao ainda desse autor as seguintes frases:

- "Sao necessarios varios matodos mais seguros para pre-determinar se e onde as injegoes saonecessarias".

- "em alguns projetos, o valor de percolagao poderia ser eficientemente reduzido por meios maiseconamicos que uma cortina de injegoes".

- "provaveimente a grande maioria das cortinas de injegao de linha unica nas fundagoes rochosas eombreiras de barragens , construidas no passado , foram relativamente ineficientes na redugao das per-das de infiltragao e nao puderam ser de muita confianga para os propositos das analises de es-tabilidade".

No 9° Congresso do ICOLD, realizado em 1967 em Istambul, diversos autores expressaram sua opiniaocontraria a execugao de cortinas de injegoes em barragens (in Andrade - [3]). Entre eles destacam-se asopinioes de H.Q. Golder (Canada), J.G. Rossello (Espanha), M.Nose (Japao), F.A. Nichel (Estados Unidos) eG. Bravo (Espanha).

Sabarly [23] apresentou um excelente trabalho em 1968, onde comparou condigaes de aplicabilidade dastecnicas de impermeabilizagao e de drenagem e, apesar de revelar -se um adepto inconteste deste ultimometodo, mostrou muita sensibilidade para o problema quando comentou: " a arte do projetista consiste emter um profundo conhecimento dos fenomenos ffsicos em jogo e de saber adaptar a cada caso particular, eque a sempre complexo, os principios gerais, sem subestimar uns, em relagao aos outros".

Em 1970 no 100 Congresso do ICOLD, Laa e Franco [19] analisaram o comportamento de algumas bar-ragens espanholas e concluiram com a sugestao de que sempre deve ser examinada a possibilidade de sub-stituir a cortina continua de injegoes por trechos injetados isoladamente onde a fundagao revelar problemasmais criticos de percolagao.No 12° Congresso do ICOLD, realizado em 1976, Rhodes e Dixon [22] relataram a pratica do Corps of En-gineers no tratamento de fundagoes de barragens e, entre suas conclusoes, citaram: "a cortina de injegoesatuando por si so, usualmente nao a um metodo efetivo para a redugao das forgas de sub-pressao". Nomesmo congresso, Abraham e Lundin [1] discorreram sobre a pratica da TVA e de seu resumo consta: "apratica da TVA a projetar uma cortina de drenagem para reduzir as sub-pressoes".

Em 1982, Andrade [3] publicou em excelente trabalho sobre drenagem nas fundagoes de obras hidraulicas,onde fez uma analise dos critorios adotados no Brasil. Das 8 obras analisados esse autor cita a ineficienciaou insuficiencia do sistema de injegoes nas barragens de Jupia, Capivara e Agua vermelha. Em todas asobras analisadas o tratamento das fundagoes constou de injegoes de impermeabilizagao e drenagem.

Como se observa, os resultados sao muito contraditorios, acirrando a polemica que existe sobre o assunto eexigindo estudos e pesquisas a fim de evitar a continuidade na utilizagao de formulas pre-concebidasbaseadas em suposigoes empiricas.

Infelizmente, as discussoes sobre o assunto tom evoluido muito pouco e ainda hoje nota-se uma completafalta de critorios na maioria dos tecnicos que lidam com o problema, sendo, em alguns casos, recomen-dados vultuosos tratamentos de impermeabilizagao, quando esse metodo nao seria o mais indicado e, emoutros casos, omitido esse tratamento que seria a melhor solugao para o problema.

2.1 Objetivo do Tratamento

0 tratamento de impermabilizagao de uma fundagao de barragem tem como objetivo central reduzir a per-meabilidade do material que embasara uma obra de barramento a nfveis que tornem inocuo para a obra oefeito da percolagao d'Agua nesse material.

Assim , o maior erro que geralmente se comete a desejar que uma cortina de injegoes seja absolutamente es-tanque. Primeiro, porque essa estanqueidade absoluta nunca a necessaria e, segundo, porque asdeficiencias do proprio metodo construtivo impedem que tal acontega.

Todavia, a maior discussao relacionada com o objetivo desse tipo de tratamento diz respeito a proprianecessidade de redugao da percolagao, em fungao de suas eventuais consequencias para a obra.

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A percolagao excessiva pelas fundagoes de uma barragem, como a sabido, pode acarretar os seguintesproblemas:

- sub-pressoes elevadas, com maiores problemas para barragens de concreto;

- erosao do material de fundagao ou da prbpria barragem, no caso de obras de terra;

- risco de instabilidade das ombreiras a jusante da obra;

- perdas d'agua que podem eventualmente comprometer o use da agua armazenada.

Numa analise mais acurada pode-se constatar que apenas o segundo problema, dos quatro acima referidos,pode justificar, na maioria das vezes, a execugao de uma cortina de injegoes como solugao unica e com-pleta.

Com efeito, para o caso de sub-pressoes, pode-se lembrar os seguintes princfpios (pars escoamento emregime permanente):

a) em terreno homogeneo a distribuigao de sub-pressoes independe do coeficiente de permeabilidadedo terreno;

b) em terrenos heterogeneos apenas as relagoes de permeabilidade influenciam na distribuigao de sub-pressoes.

Disso resulta que uma rede de drenagem tera exatamente o mesmo efeito nas sub-pressoes inde-pendentemente da permeabilidade do terreno, que influira apenas na vazao da agua percolada.

For outro lado, a notoria a deficiencia da injegao classica em um terreno de baixa permeabilidade, o queIevou Sabarly [23] a tirar as seguintes conclusoes sobre o assunto:

- "em terreno pouco permeavel, a cortina de injegao nao tera qualquer efeito, sendo portanto inutil. Masas sub-pressoes irao se desenvolver exatamente como num terreno mais permeavel e a drenagemsera portanto indispensavel".

- "em terreno muito permeavel, somente a drenagem, tendo em vista as sub-pressoes, teria a mesmaeficacia que em terrenos pouco permeaveis, mas a vazao dos drenos poderia ser consideravel einadimissfvel para a economia do projeto".

E evidente que, mais importante que comprometer a economia do projeto a conter as elevadas velocidadesde percolagao atraves dos drenos e de outras partes da barragem e de suas fundagoes.

Para os casos intermediarios, ou seja, para terrenos cuja permeabilidade se situa no intervalo entre pouco emuito permeavel, pode-se concluir que a seguranga quanto a sub-pressoes seria sempre assegurada atravesde drenagem, enquanto os estudos sobre os efeitos da vazao da agua percolada deverao nortear aconveniencia em adotar a cortina de injegao.

Quanto ao risco de instabilidade das ombreiras a jusante da obra, a tambem discutfvel a eficiencia da cortinade injegoes. Isso porque dependendo da geometria e abertura das descontinuidades no macigo rochoso,bern como da declividade dessas ombreiras, a injegao podera piorar a situagao de sua instabilidade, elevan-do o nfvel d'agua subterraneo com a criagao de nefastas poro-pressoes ao longo dessas descontinuidades.E obvio que, nesses casos, a cortina de injegoes combinada com um sistema eficiente de drenagem deveraser sempre benefica.

Finalmente, o problema criado com perdas d'agua no comprometimento do use da agua armazenada, a umcaso passfvel de ocorrer em algumas regioes onde o volume de agua que aflui ao reservatorio constitui umproblema em fungao de condigoes climaticas. E bern verdade que, em geral, vazoes de percolagao quecheguem a comprometer a utilizagao da agua armazenada devem influir na seguranga da prbpria obra, exi-gindo medidas corretivas muito antes de reduzir substancialmente o volume armazenado.

Conclui-se, assim, que apenas ha um consenso nos objetivos da cortina de injegao quando se trata dereduzir a vazao da agua percolada, em fungao dos problemas de erosao que podem, ao limite, acarretar adestruigao da propria obra.

2.2 Custo x Eficiencia

Um ponto que sempre gera polemica quando se discute a necessidade da cortina de injegoes e a suaeficiencia em relagao ao elevado custo que representa para a obra.

Embora esse custo dificilmente ultrapasse a 1,0% do valor da obra, pode alcangar valores absolutos bastan-tes elevados, constituindo-se no major prejuizo da obra se nao for obtida a eficiencia esperada para esse tipode tratamento.

Teoricamente tern sido feitos estudos para analisar a eficiencia Besse tipo de cortina. Casagrande [8] chegou adeterminar em laboratbrio que, para cortina de injegoes de uma linha unica a eficiencia maxima obtida era de29%, numero bastante coerente com as observagoes por ele realizadas na analise de dados piezometricos deinumeras barragens tratadas Besse modo. Concluiu Casagrande sobre o assunto que, dificilmente seria jus-tificado o alto custo de uma cortina cuja eficiencia no controle da percolagao atingisse apenas 30%.


Muitas vezes a eficiencia esperada da cortina para um objetivo especifico nao a atingida, ainda que a expec-tativa de solucao do problema por tal tipo de tratamento seja incorreta. Um exemplo desses a citado porCasagrande 18j e mostrado na figura 1 a. Nessa barragem a execucao da cortina de injegoes foi concebidapara reduzir as sub-pressoes em sua base e fol constituida por uma unica linha de furos espagados de 1,5 m.Observando-se a variagao de sub-pressoes medidas apbs o enchimento do reservatbrio, constata-se que acortina de injegoes foi absolutamente ineficiente para os propbsitos com que foi construida, representandopura perda de dinheiro.

Ocorrem ainda casos em que a concepgao da cortina de injegoes a correta podem a eficiencia deixa muito adesejar, conforme mostra o exemplo da figura 1 b. Nessa barragem a cortina de injegoes foi projetada parareduzir a percolagao e o consequente risco de "pipping" na base da barragem. A cortina foi constituida deuma unica linha de furos, espagados entre si de 0,60 m e a leitura dos nfveis piezometricos apbs o enchimen-

to do reservatorio nao indica que haja qualquer obstaculo a percolagao no local em que est6 situada a cor-tina. Exemplos semelhantes sao ainda citados pelo prof. M. Vargas [27] com relagao a tres barragensconstruidas no rio Pardo, alem daquelas jA citadas no item 2 e referidas por Andrade [3].

Entre as vArias causas responsaveis pela ineficiencia das cortinas de injegao podem ser citadas: a) mAqualidade dos dados analisados para definigao sobre a necessidade de injegoes; b) inadequagao da posigaodos furos de injegao em relagao as condigoes geolbgicas locals; c) falha no dimensionamento das pressoesde injegao ou consistencia da calda; d) colmatagao das fissuras por graos do prbprio cimento; e) falta decontrole ou avaliagao da eficiencia do tratamento executado.

As quatro primeiras causas sao de ordem tecnica e serao, em parte, discutidas no item 3.

Quanto ao controle ou avaliagao da eficiencia, a realmente um problema muito serio pots a redugao naadmissao de calda, que e o criterio mais usado durante a execugao de injegao, pode ser muito faiho. Ummacigo rochoso pode nao absorver qualquer calda, seja por estarem as fissuras colmatadas, seja pelainsuficiencia da pressao aplicada, seja pela abertura das fissuras, ou ainda por nao ter o furo interceptadoqualquer fissura. Nem por isso o macigo pode ser considerado estanque ou a cortina injetada consideradaeficiente. Por outro lado, poucas sao as barragens que possuem uma rede de piezometros que possibiliteanalisar o efeito da cortina de injegoes, mesmo que o resultado dessa anAlise resulte em uma total decepgao,como ocorreu nos casos mostrados na figura 1. iE bom frisar que o controle de eficiencia para o tratamentode impermeabilizagao tem sido motivo de preocupagao no mundo inteiro e, jA em 1967, Bernell e Scherman[5] empregaram com sucesso o teste nuclear para tal controle em barragens na Suecia.

Analisando os casos em que foi considerada boa a eficiencia das cortinas executadas como o unicotratamento para reduzir a percolagao, Casagrande [8] cita: "para cada caso deste tipo, o qual a consideradona literatura como um sucesso, poderfamos citar diversos exemplos onde as injegoes falharam dacomplementagao dos seus objetivos e que, por tal razao, nao chegaram a ser publicados".

Finalmente, deve ser lembrado que a eficiencia de uma cortina pode nao alcangar os nfveis desejAveis deimediato, mas criar condigoes para atingf-lo com o decorrer do tempo. Isso ocorre quando a redugao dofluxo subterraneo, embora insuficiente para as necessidades da obra, possibilita a sedimentagao do materialfino transportado pela Agua, colmatando progressivamente as fissuras e conduzindo a redugao do fluxo anfveis desejaveis. 0 problema a saber o que ocorre com a obra enquanto essa eficiencia nao a atingida.

2.3 Aspectos Regionals

Na anAlise sobre a necessidade de tratamento de uma fundagao visando reduzir a percolagao d'Agua nessaregiao, deve ser considerado nao apenas o efeito pernicioso dessa percolagao mas tambem os eventuaisbeneffcios que a mesma possa propiciar.

Evidentemente, s6 faz sentido pensar em beneffcios a partir do momento em que tal percolagao nao possaimpingir qualquer tipo de preju(zo a obra.

Entre os aspectos que devem ser levados em consideragao no contexto global da percolagao pela fundagaode barragens, visando um eventual aproveitamento dessa percolagao ou simplesmente economizar os gas-tos com urna cortina desnecessaria, podem ser comentados os seguintes: situagao climAtica, carencia deagua a jusante da obra e pobreza regional.

Em regioes de clima semi-Arido, como o nordeste brasileiro, as chuvas sao muito concentradas, sendo muitocomum ocorrerem anos com (ndice pluviometico muito abaixo do normal. Tal fato, aliado a excessivaevaporagao em quase todos os meses do ano, provoca deplegoes exageradas em todos os reservatorios,chegando muitos deles a secar completamente. Ocorrem casos em que a lixiviagao dos produtos deintemperizagao da rocha provoca a salinizagao das Aguas que vao alimentar o reservatbrio, tornando-se oteor de salinizagao do reservatbrio a cada ano mais concentrado, principalmente em suas Aguas de (undoque nunca sao renovadas. Nesses casos, uma percolagao dessas Aguas pelas fundagoes poderia minimizaros efeitos da concentragao de sais, embora contribuisse com o rebaixamento do nivel de armazenamento.


Ainda nessas regioes semi-aridas, tao logo cessa a vertedura das Aguas que efluem das obras de barramen-to, seca todo o leito do curso do rio situado a jusante de cada barragem. Quando subsiste uma percolacaopelas fundacoes, formam-se extensos "oasis" em longos trechos do rio, gracas a manutencao de um elevado"under-flow" nas aluvioes, que sao intensamente aproveitados para lavouras ou para pasto. Ha poucos anoso autor ouviu a seguinte indagacao de um amargurado sertanejo nordestino: "doutor, por que nao se fazmais acude como antigamente, quando a revenra permitia a gente plantar de tudo nas areas abaixo daparede do aqude? Ele queria se referir a reducao da percolag5o nas barragens mais recentes, em funrao daexecucao indiscriminada de cortinas de injecao nas maiores obras de barramento.

Finalmente deve ser levada em consideracao a dificuldade de captag5o de recursos para a construcao deobras de barramento nas regioes mais pobres. Exemplo Besse tipo de situag5o pode ser evocado no aci-dente que ocorreu com a barragem de Oros, localizada no Estado do Ceara e considerada a maior emvolume armazenado construida pelo DNOCS. Essa obra teve o seu cronograma atrasado por falta de recur-sos financeiros, resultando no transbordamento da barragern em 1960, antes da construrao do vertedouro,quase provocando a sua destruicao. Em regioes como essa, nao se pode Bar ao luxo de desperdigar exten-sas somas na execucao de uma cortina de injeg5o que nao seja realmente necessaria, ou qua nao apresenteuma eficiencia condizente com o objetivo para o qual foi planejada.

2.4 SituagAo Brasileira

Apesar de constituir alvo das mais variadas polemicas em todo mundo tecnico que lida com barragens, otratamento de impermeabilizacao de fundag6es nao tem merecido o destaque que the a devido pelosprojetistas e construtores brasileiros.

De um lado, os projetistas nao tam procurado avaliar o desempenho Besse tipo de tratamento nas obras jaexecutadas, nem normatizado criterios mais coerentes com as reais necessidades de tratamento. Aocontrario, optam por uma das seguintes alternativas: superestimar as caracteristicas das fundacoes, dispen-sando qualquer tipo de tratamento, ou aderir ao "dogma religioso" mencionado por Casagrande, projetandocortinas de injeg5o nem sempre eficientes.De outro lado, as empresas responsaveis pela execug5o de ensaios e da prbpria injecao nao tern dedicado oesforgo necessario no sentido de aperfeicoar os metodos de investigacao, fornecendo dados maisconfiaveis, nem de execug5o, propiciando major eficiencia aos servigos executados.

Uma outra eviencia do descaso com que esse tema a tratado no Brasil e a falta de divulgacao de dadossobre o assunto. Dificilmente essa materia constitui tema de debates ou de congressos tecnicos, como sevarios "estados da arte" ja tivessem esgotado esse assunto. 0 Comite Brasileiro de Grandes Barragensrealizou ja 18 seminarios nacionais de grandes barragens porem apenas no VII seminario (S.Paulo - 1972) oTema I contemplou especificamente essa materia, embora em Recife (XIV Seminario em 1981) o terra I(Fundacoes Permeaveis) tenha propiciado a abordagem Besse assunto.

Durante o 14° Congresso de Grandes Barragens, patrocinado pelo ICOLD no Rio de Janeiro em 1982, oCBGB publicou, em 2 volumes ricamente ilustrados, um apanhado dos dados considerados de maiorimportancia das barragens ate entao construidas no Brasil [9]. No 10 volume acham-se resumidos os prin-cipais elementos de 24 grandes obra de barramento, ilustrados com fotos e desenhos do projeto. No 2°volume sao relacionados os dados tecnicos de 102 barragens brasileiras, tambem acompanhada de fotos edesenhos e terminando com o cadastro geral de 700 barragens registradas no CBGB ate 1982. No mesmoCongresso o DNOCS [15] publicou um volume dedicado as barragens do Nordeste do Brasil sendo apresen-tados os principais elementos de 13 das 265 barragens construidas por este brgao.

Analisando as informacoes Besse precioso acervo tecnico constata-se a veracidade da assertiva feita acimasobre a importancia que tem sido dispensada ao tratamento de fundacoes. Dos dados existentes de 102 bar-ragens brasileiras, apenas 24 apresentam alguma eviencia de terem tido as fundacoes tratadas por injeg6esde impermeabilizarao. No volume referente ao nordeste, apenas em duas das 13 obras apresentadas, emencionado ou apresentado nas figuras o tratamento executado. Por tais numeros apenas 25% das maioresbarragens brasileiras tiveram suas fundacoes tratadas e em apenas 15% das maiores barragens do nordestetal tratamento foi realizado. Provavelmente essa assertiva nao a verdadeira, pois muitas das barragens quetiveram suas fundacoes tratadas (algumas ate exaustivamente como a de Emborcacao) nao possuemqualquer referencia, quer no texto ou nos desenhos apresentados nesse importante trabalho.Ainda assim, o autor nao acredita que esse percentual atinja 50%, com relagao as principals barragensbrasileiras, significando que apenas 7% do total das obras brasileiras tiveram suas fundagoes imper-meabilizadas.

Surge entao uma importante pergunta: quantas barragens brasileiras foram destruidas por falta desse tipo detratamento entre esse elevado percentual de obras nao tratadas?

A resposta a dificil, pois no Brasil a muito comum negar ao conhecimento publico cientifico as causas dedesastres dessa natureza. Se possivel, ate o proprio fato a camuflado. Todavia, pelo conhecimento do autor


[12], apenas uma barragem (Erna, no Ceara) teve sua destruigao relacionada corn o fenomeno de "pipping"nas fundagoes o que, provavelmente, poderia ter sido evitado corn a redugao da percolagao atraves de umtratamento de impermeabilizagao. 0 fato ocorreu em 1960, 8 anos apbs concluida a obra.

Constata-se, assim, que muita pesquisa ainda precisa ser feita a fim de que trabaihos ao nfvel dos apresen-tados por Andrade [3] e [4] possam refletir o estado da arte sobre tratamento de fundagoes no Brasil e osmelhores caminhos a trilhar na pratica de tal procedimento.

3. DISCUSSAO TECNICA SOBRE A NECESSIDADE DE TRATAMENTO

A discussao abordada no item anterior pode ser considerada filosbfica porque, embora analisando diversosaspectos tecnicos, prioriza aspectos subjetivos, desde a essencia do problema ate a andlise de viabilidadeeconomica.

De todas as consideragoes all expostas, pode-se concluir que a necessidade de tratamento deimpermeabilizagao da fundagao de uma barragem pode ser sumarizada no fluxograma da figura 2.

Como se observa nessa figura, o cerne da questao, sob o ponto de vista ja discutido, a definir guando umapercolagao sub-superficial passa da categoria de "admissivel" para "excessiva", pois os outros fatores, em-bora objeto de infindaveis discussoes, sao facilmente determinaveis.

A discussao tecnica dos parametros adotados para definir essa questao a objeto do presente item.

3.1 Criterios Adotados

Diversos autores reconhecem que sao inumeros os fatores intervenientes na decisao sobre a necessidade dese injetar uma fundagao de barragem, visando reduzir a sua permeabilidade.

Guy Bourdeaux [6] descreve os seguintes fatores como principais:a) natureza do macigo rochoso , suas fraturas e a sua permeabilidade

b) valor da agua : a quantidade de 6gua perdida por percolagao representa urn valor tal que justificadespesas de injegoes para eliminar ou reduzir tal percolagao?

c) ersoao interna : existem riscos de "pipping " pela fundagao e/ou pelo material do nucleo em contatocom o macigo da fundagao , os quais devem ser eliminados?

d) no caso da barragem ser de terra e enrocamento , qual sera o efeito das injegoes sobre as pressoesintersticiais dentro do nucleo argiloso?

e) se existe a probabilidade de ocorrencia de eventuais defeitos construtivos dentro do nucleo e/oudentro dos filtros de transigao, deve-se prever injegoes na fundagao para compensar taisdeficiancias?

f) quais sao as precaugoes a serem tomadas para impedir o eventual carreamento dos finos do nucleoatraves de fissuras do macigo de fundagao?

g) no caso de uma barragem de concreto , as injegoes deverao desempenhar o papel de aliviar o sistemade drenagem profunda a fim de reduzir as subpressoes no macigo de fundagao?

h) para uma barragem de enrocamento com face de concreto, o caminho de percolagao reduzido sob oplinto exige cuidados especiais?

Nesse mesmo trabalho Bourdeaux apresenta um quadro orientativo para a necessidade deimpermeabilizagao da fundagao , em fungao da absorgao d'agua acusada por essa fundagao . Esse quadro,referido como de autoria de A.C. Holsby (Ancold Bulletin no 48), acha -se reproduzido na figura 3.Comparando os criterios direta ou indiretamente contidos nesse quadro com a relagao de fatores inter-venientes na decisao de injetar, segundo G . Bourdeaux , constata - se que a maior parte desses fatores nao seacha contemplada nesse quadro, deixando a criterio do tecnico responsavel pela decisao definir osparametros que deverao nortear a aplicabilidade desses fatores.

Apesar desse inconveniente, seria muito born se tais fatores fossem realmente levados em consideragaosempre que se cogitasse executar um tratamento de impermeabilizagao, restando definir apenas oparametro que estabelecesse o limite critico de permeabilidade para cada caso.

Um aspecto tambem importante nessas decisoes e que escapou explicitamente na relagao de Bourdeaux e ageometria do macigo barr$vel, ou seja , a relagao entre a altura e a base da barragem.Infelizmente , o que se tern observado na maioria dos casos em que se injeta uma fundagao e a falta deanalise de muitos desses importantes fatores.

No Quadro I sao mostrados sete criterios relacionados na bibliografia sobre o assunto , ficando sempre comalgum deles a escoiha do metodo a adotar pelos diversos projetistas de barragem.

Como se observa nesse quadro, apenas dois criterios levam em consideragao a geometria da barragem , fican-do todos as demais restritos unicamente a caracteristica de permeabilidade do macigo rochosos. E a( vem a


tremenda disparidade entre os parametros que definem a necessidade de injetabilidade de uma fundacao, jaque a permeabilidade considerada como critica varia desde 3,3 x 10-6 cm/s ate 1,0 x 10'4 cm/s(em tomo de30 vezes de diferenga).

Por mais racional que seja a escolha Besse criterio, pode ser bastante falha a definigao da condigao de in-jetabilidade se nao forem levadas em consideragao as inumeras outras condicionantes do projeto.

3.2 Qualidade dos Dados Interpretados

Quando se sabe que geralmente o unico criterio levado em consideragao para definir a necessidade deimpermeabilizagao de uma fundagao de barragem e a permeabilidade do macigo rochoso, cresce muito aresponsabilidade sobre a qualidade dos dados considerados na caracterizagao Besse parametro.

Apesar de toda essa responsabilidade, tern crescido muito a defasagem entre o nfvel dos dados coligidos edos metodos de processamento para a interpretagao dos fenomenos de percolagao baseados nessesdados, reduzindo sensivelmente a confiabilidade dos resultados obtidos desses estudos.

Tal situagao a consequente de estar sendo ainda hoje empregado o metodo mais antigo para medigao dapermeabilidade in situ", qual seja, o ensaio de perda d'agua, apesar de suas inumeras imprecisoes e risco degrosseiros erros.

A maior incerteza nos resultados da utilizagao Besse metodo, principalmente se nao for muito bern exe-cutado o ensaio, advem do fato de que os erros podem resultar numa permeabilidade muito maior ou muitomenor que a real.

Entre os fatores que podem falsear os resultados para mail destacam-se tres: abertura das fissuras pelapressao de ensaio, fugas d'agua pela canalizagao ou pelos obturadores e fugas d'agua pelas fraturas paradentro do furo.

Desses, o mais importante e a abertura das fraturas, pois a vazao absorvida por uma descontinuidade abertano macigo rochoso a proporcional ao cubo da espessura dessa descontinuidade. Por outro lado, quando aagua penetra nessa abertura atraves de pressao, provoca uma deformagao elastica do macigo diretamenteproporcional a pressao aplicada e inversamente proporcional ao modulo de deformabilidade. Sabarlydemonstrou em seu trabalho [23] que a pressao d'agua de 10 kg/cm2 aplicada num circulo de raio de 1metro em uma fratura de um macigo rochoso com modulo de deformabilidade de 100.000 kg/cm2 e coefi-ciente de Poisson de 0,5, provocaria um acrescimo de abertura nessa fratura igual a 0,3 mm no centro docfrculo e de 0,2 mm nas bordas. Isso significa que uma fratura quase fechada, incapaz de provocar qualquerpercolagao d'agua, poderia absorver de 50 a 150 I/min num ensaio com pressao de 10 kg/cm2, considerandoque a vazao absorvida varia com a quarta potencia da pressao aplicada. Nota-se, assim, que o mau dimen-sionamento da pressao de ensaio pode conferir ao macigo da fundagao uma permeabilidade muito superiora real, favorecendo a decisao de programar uma injegao talvez desnecessaria.

A fuga d'agua pela canalizagao que fica dentro do furo a menos significativa, pois quando o seu valor eelevado a agua retorna na boca do furo sendo facilmente detectada. 0 mesmo ocorre quando a fuga ocorrepelo obturador de topo. 0 maior problema reside nos ensaios com obturador duplo e a fuga ocorre pelo ob-turador de fundo, tornando impossfvel a sua detecgao.

Finalmente, a fuga atraves da comunicagao de fraturas injetadas para o furo pode ser significante, principal-mente quando o comprimento dos obturadores a reduzido.

Os fatores que podem falsear os resultados para menos sao, principalmente, a perda de carga na tubulagaoe a colmatagao de fraturas. A perda d'agua guarda uma proporcionalidade direta com comprimento datubulagao e inversa com o seu diametro e pode influir significativamente na redugao do valor da per-meabilidade medida se nao forem feitas as corregoes devidas. A colmatagao das fraturas pelos propriosdetritos produzidos pela perfuragao a menos comum, pois geralmente esses detritos sao carreados pelaagua de percolagao do ensaio. Quando isso nao ocorre, todavia, nao ha meios de ser detectada a suainfluencia no resultado do ensaio.

Mesmo quando sao tornados os maximos cuidados na execugao do ensaio de perda d'agua, visando mini-mizar as efeitos de falseamento de resultados acima mencionados, algumas inconveniencias sao intrfnsecasao proprio metodo de ensaio.Um desses problemas e a determinagao das permeabilidades elevadas. A limitagao da vazao de injegao deagua no ensaio e o crescimento exponencial da perda de carga na tubulagao impingem grandes dificuldadespara determinar valores de permeabilidade superiores a 5 x 10-3 cm/s.

Outro grande problema a que esse ensaio nao esciarece sobre as condigoes de percolagao nas fraturas exis-tentes no trecho ensaiado. Por exemplo, a absorgao de 100 I/min sob uma pressao de 10 kg/cm3 num trechode 5 m pode ser provocada por uma unica fratura de 0,25 mm de abertura ou por 10 de 0,12 mm ou aindapor 100 de 0,06 mm de abertura. Considerando que as condigoes de injetabilidade dependem da abertura dovazio a ser preenchido, nem sempre o criteria de elevada absorgao de agua nesses ensaios condiciona a


eficidncia na absorgao da calda de cimento. f` bern verdade que o efeito desse problema pode ser mini-mizado corn a redugao do trecho ensaiado, mas a born reconhecer que nem sempre tal pr$tica 6 obedecida,principalmnente quando o ensaio nao 6 acompanhado pari passu por um projetista experiente.Uma forma de fugir as deficiancias e imprecisoes do ensaio de perda d'agua a proceder ao ensaio de per-meabilidade atraves do bombeamento da agua contida nas fraturas, o que tern sido feito ha mais de 20 anosno Brasil. Nos debates sobre hidrogeologia aplicada a obra civis, durante o 1° Congresso da ABGE [14] Silvamencionou que os ensaios de bombeamento realizados para a UHE Agua Vermelha acusaram resultados depermeabilidade da ordem de 20 a 50% daquela computada pelos ensaios de perda d'agua no mesmo local.Nesse caso, um ou mals daqueles fatores que aumentam o valor da permeabilidade no ensalo convencionalde perda d'agua deve ter Influenciado na diferenga constatada.

o grange problema 6 que o ensalo de bombeamento nem sempre pode ser executado, principalmente aolongo das ombreiras e nos trechos mais superficiais onde a permeabilidade a mais elevada, pois nessestrechos o macigo nunca esta saturado. Esse problema cresce de intensidade nas regioes de clima semi-arido, como o nordeste, onde o nfvel de agua subterranea encontra-se geralmente muito baixo.

Visando eliminar esses problemas, Louis [20] desenvolveu na Franga, em 1970, um metodo de ensaiocharnado de sonda hidraulica tripla a fim de determinar as condutividades hidraulicas direcionais das diferen-tes familias de fissuras.

No Brasil somente na decada de 80 foram desenvolvidas novas tecnicas de ensaio corn o surgimento doTeste de Registro Hidraulico - TRH [4] e da Sonda Hidraulica Multiteste [24].

No TRH, tambem chamado 01 (Obturador de Impressao), uma membrana fina de borracha deformavel per-mite imprimir nao apenas a distribuigao das fraturas que absorvem agua mas ainda a sua posigao espacial(diregao e mergulho), gragas a uma bussola fixada no instrumento.

A Sonda Hidraulica Multiteste (SHM) pode executar o ensaio por inje(;ao de agua, nos trechos situadosacima do NA, e por bombeamento, abaixo do NA. 0 equipamento foi aperfeigoado objetivando reduzir todosos riscos de falsear os valores da permeabilidade ja referidos para o ensalo de perda d'agua convencional e,alem disso, permite medir a pressao d'agua diretamente no trecho de ensaio e determinar as caracterfsticasde temperatura e condutividade eletrica das Aguas subterraneas.

Infelizmente a difusao dessa tecnica a ainda incipiente em termos de pals, sendo inclusive muito restrito 0numero de equipamentos disponiveis para sua execugao, o que torna quase uma obrigagao a continuagaono use de tecnicas ultrapassadas e, na maioria das vezes, mal aplicadas nos projetos de barragenselaborados nesse pats.

3.3 lnflu@ncias Geolbgicas

Admitindo-se uma boa confiabilidade para os dados obtidos corn o ensaio de permeabilidade, duas premis-sas basicas e conceituais tern que ser definitivamente compreendidas: a) o resultado do ensaio a apenas umvalor pontual em relagao ao meio analisado; b) o macigo rochoso a um meio descontfnuo, anisotrbpico eheterogeneo.

Nesse contexto, a muito perigoso falar-se em permeabilidade media de um macigo rochoso corn base emensaios de furos que atingiram situagoes geolbgicas das mais diversas. E pior ainda e, corn base nessa per-meabilidade media, programar-se a execugao de uma cortina de injegoes continua ao longo de toda aextensao da barragem, como tern silo pratica comum adotada por muitos projetistas.

Na verdade, dificilmente um macigo rochoso a constituido exclusivamente de fraturas muito abertas oupouco abertas, ou fraturas injetaveis ou nao injetaveis. 0 que comumente ocorre em uma fundagao de bar-ragem e a presenga de zonas mals permeaveis, seja pelo major numero de fraturas, seja pela major aberturadessas descontinuidades ou por ambos os motivos, que se alternam corn zonas praticamente impermeaveis,corn situagoes geolbgicas opostas as acima citadas.

Ainda assim, nunca se observa um tratamento de impermeabilizagao restrito a zonas de fundagao, conformesugerido por Laa e Franco [19]. Ao contrario, em todas as barragens tratadas programa-se uma cortinasistematica corn o mesmo espagamento de furos e, muitas vezes, a mesma profundidade ao longo de toda aextensao do barramento. Apenas os furos terciarios e quaternarios sao condicionados pelasheterogeneidades do macigo rochoso, geralmente elevadas pelas absorgoes de calda nos furos primarios esecundarios.

Outra condicionante geolbgica que deveria ser considerada para definigao da necessidade deimpermeabilizagao e a relagao entre as diregoes das descontinuidades abertas e do fluxo de agua a ar-mazenar.

A figura 4 mostra um exemplo ficticio apresentado pelo autor [12] para enfatizar essa problematica. Peloestereograma polar dessa figura, a familia de fraturas que deve se encontrar aberta nessas fundagoes e a dediregao NW-SE, por ser tipicamente de tragao. Evidentemente, se forem executados furos de sondagens ao


longo das alternativas de barramento I e II, os valores de permeabilidade deverao ser identicos, desde que osfuros interceptem a mesma fam1ia de fraturas. Todavia, se esses valores forem elevados, podem representara necessidade de impermeabilizar as fundagoes no eixo I e dispensar qualquer tratamento no eixo II, jA queas fraturas paralelas a barragem, mesmo abertas , nao tern a minima possibilidade de funcionarem comovefculo de percolagao entre as areas de montante e jusante da barragem.

Em fungao do exposto, o autor recomendou no trabalho de referenda [12], a utilizagao de uma Abaco parsdefinir a necessidade de tratamento por impermeabilizagao de uma fundagao de barragem, Ievando emconsideragao, alem da permeabilidade das descontinuidades, a relagao entre suas diregoes e o eixo da bar-ragem e, ainda , as relagoes entre altura e extensao da base da obra de barramento . Esse Abaco acha-sereproduzido na figura 5.

4. CONCLUSOES E RECOMENDACOES

Do exposto no presente trabalho a possfvel extrair as seguintes conclusoes:

a) a necessidade de injetar uma fundagao de barragem com fins de impermeabilizagao nao a ainda umassunto bern definido, exigindo pesquisas que norteiem criterios mais realfsticos para sua melhoraplicabilidade;

b) no que concerne a possibilidade de percolagao d'agua, a permeabilidade dos rnacigos rochosos cris-talinos (principal tipo de fundagao de barragens) a condicionada pelas descontinuidades dessemacigo, sendo imprescindfvel a sua perfeita caracterizagao, que envolve: tipo de descontinuldade,extensao, frequencia, espagamento, abertura, material de preenchimento, permeabilidade e relagoesentre o seu posicionamento (diregao e merguiho) com a obra de barramento;

c) nas zonas de baixa permeabilidade de uma fundagao de barragern as injegoes nao surtem qualquerefeito positivo, independentemente do objetivo pelo qua[ foram programadas;

d) nas zonas muito permeaveis as injegoes devem reduzir as infiltragoes, porem, somente a drenagemaliviara as sub-pressoes, pelo que a melhor solugao parece ser a conjuminancia desses dois proces-Sos de tratamento;

e) nas zonas de permeabilidade intermediaria a drenagem deve ser suficiente para barragens de con-creto enquanto para barragens de terra ou enrocamento com nucleo argiloso, a injegao dependera danecessidade de reduzir a vazao da agua percolada em fungao do risco de "pipping"

f) o enquadramento das fundagoes de uma barragem nas categorias de permeabilidade especificadasnas letras a, d e e depende nao apenas das caracterfsticas de permeabilidade do macigo que theembasara, mas tambem do gradiente das Aguas percoladas;

g) a caracterizagao da permeabilidade do macigo rochoso depende da qualidade dos dados obtidosatraves dos ensaios in situ" realizados. 0 tipo e forma de execugao desses ensaios sao fundamentalspara a confiabilidade da interpretagao desses dados;

h) a injegao atraves de uma unica linha de furos somente em raros casos pode apresentar eficienciacompatfvel com as necessidades para as quais foi programada, representando pura perda de di-nheiro, na maioria dos casos.

As principais recomendagoes passfveis de extrair desse trabalho sao as seguintes:

I) proceder a uma pesquisa que represente realmente o "estado da arte" sobre a injetabilidade defundagoes de barragens no Brasil, levantando tudo o que ja foi ate hoje realizado nesse terreno eavaliando a eficiencia dos tratamentos executados, incluindo o seu Gusto. Tambem as obras que naoforam tratadas devem ser relacionadas, bern como os eventuais acidentes que possam ser ligados afalta desse tipo de tratamento;

II) normatizar as condigoes de injetabilidade em fungao da pesquisa citada em I, com a definigao decriterios que levem em consideragoo os aspectos tecnicos, economicos e sociais;

III) procurar adequar a solugao de tratamento das fundagoes de uma barragem a cada situagao deprojeto, em fungao das condicionantes naturals e das caracterfsticas e necessidades inerentes aprbpria obra;

IV) promover mais discussoes sobre o assunto atraves da escoiha de temas para congressos eseminarios, principalmente do CBGB;

V) verificar sempre a possibilidade de injetar os trechos considerados como criticos da fundagao, aoinves de cortinas sistematicas ao longo de toda a fundagao;

VI) procurar difundir os metodos mais confiaveis para determinagao dos parametros de permeabilidadedos macigos rochosos ou solos que funcionarao como fundagao de barragens;

VII) considerar a importancia dos aspectos estruturais do macigo rochoso no fluxo de agua pelasfundagoes.


I

5. AGRADECIMENTOS

o autor agradece a diretoria da ENERCONSULT e a gerencia dessa empresa em Belo Horizonte pelo apoiodado a realizagao desse trabalho.

6. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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QUADRO I - CRITERIO DE INJETABILIDADE PARA FUNDAcOES DE BARRAGENS(REPRODUZIDO DA REFERENCIA (11))

CRITERIO ADOTADO ABSORcAO KAUTOR ANO

EM HV ( cm/seg)

CONDICIONANTE ABSORCAO MAXIMA

REDLICH-KAMPE-1929 - 0 , 05 1/min/m/1 m 0,5 5.0 x 10-5

-TERZAGHI

Barragem c/H>30m 1. 0 I/min/m/ 10 atm 0 , 1 1,0 x 10-5LUGEON 1933

Barragem c/H<30m 3 ,0 I/min/m/10 atm 0 , 3 3,0 x 10-5

JAEHDER 1953 - 0,1 I/min/m/3 atm 0,033 3,3 x 10 s

Macicos permeaveis > 1,0 I/min/m/atm > 1,0 > 1,0 x 10-4

ADAMOVITCH- Macicos pouco perme3veis 1,0 a 0,2 I/min/m/atm 1 , 0 a 0,2 1 , 0 x 10-4

KOLTUNOV1953

2,0 x 10'5

Macigos prat . impermeaveis < 0,2 I/min /m/atm <0,2 <2,0 x 10'5

0 , 4 a 0,1 I/min /m/atm 0,4 a 0,1 4 , 0 x 10-5GEOTECNICA 1956

1,0 x 10'

PORTUGAL 1957 - 0 , 2 I/min/m/atm 0,2 2 , 0 x 10-5

Barragem com B<0,2H:

H <30m 0 ,3 I/min/m/atm0,3 3,0 x 10-5

30<H<100m 0,21/min/m/atm0 , 2 2,0 x 10-5

VITOR DE MELO 1969 H > 100m 0 , 1 I/min/m/atm0 , 1 1,0x 10

Barragem com B > 0,2H:

Proporcionalmente ao <1,0 I/min/m/atm< 1,0 < 1 , 0 x 104

aumento de B:


AS SUBPRESSOES DADAS SEREFEREM A ESTA LINHA

FIGURA La - SUBPRESSOES NAS FUNDAC OES DA BARRAGEM HIAWASSEE( REPRODUZIDO DA FIG . 1 , DA REFERENCIA 8 )

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550 2

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CORTINA DE INJEcOES

FIGURA 1 b - OBSERVACOES PIEZOMETRICAS EM BARRAGEM DETERRA COM CORTINA DE INJECOES

REPRODUZIDO DA FIG . 15, DA REFERENCIA 8


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