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Obras de Aterro

Cap. 7

ATERROS DE BARRAGENS

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Lechago, Espanha

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1. TIPOS DE BARRAGENS

As barragens podem dividir-se em dois grandes grupos:

Barragens homogéneas

Barragens zonadas

A escolha do tipo de barragem prende-se com o seu uso e depende dos materiais e respectivas quantidades existentes no local

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Abastecimento de água potável

Rega

Produção de energia eléctrica

Controlo de cheias

Armazenamento de rejeitados

Aquacultura

Usos recreativos e outros

Principais motivos que levam à contrução de barragens (retenção de água):

Obviamente que as barragens podem ter múltiplas funções.

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2. BARRAGENS HOMOGÉNEAS

Trata-se da solução mais simples para o perfil transversal-tipo.

O material usado na construção tem que garantir, em simultâneo:

Resistência adequada

Baixa deformabilidade

Impermeabilização

Problemas mais correntes:

erosão interna e escorregamento do maciço de jusante caso a linha de saturação suba no perfil

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Problemas mais correntes:

- erosão interna

- escorregamento do maciço de jusante caso a linha de saturação suba no perfil

O último problema resolve-se com a introdução de drenos ou de tapetes drenantes a jusante

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Neste dois casos também hápercolação na fundação

Caudal de saída

Com cortina de impermeabilização na fundação

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Outras soluções (perfil homogéneo)

Maciço de jusante (dreno)

Tapete drenante

Perfil zonado

No limite:

h<10m

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Filtro e dreno

filtro

dreno

Esta solução contém o escoamento de água no interior do aterro. Esta é a sua principal vantagem em relação às soluções anteriores. A principal desvantagem é que requer maiores cuidados no dimensionamento e na construção.

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As barragens de enrocamento são outro tipo de barragens homogéneas.

No entanto, requerem a introdução de uma cortina a montante para impermeabilização.

Cortina impermeável a montante

Tratamento da fundação

solidarização

Tipos de cortinas:

•betão armado

•aço

•Betuminoso

•Geomembranas

•etc

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3. BARRAGENS ZONADAS

Neste caso tem que se tirar partido das características de cada um dos materiais para garantir a resistência adequada, baixa deformabilidade e impermeabilização.

Consoante a quantidade de materiais disponíveis pode-se optar por um perfil zonado.

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Burga

Cerro do Lobo

Campilhas

enrocamento

Enrocamento com núcleo em betão

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Beliche

Alijó

Azibo

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A escolha dos materiais e o dimensionamento estão associados. O dimensionamento terá que se adaptar a cada situação em particular.

Para além dos materiais disponíveis, a escolha do perfil também depende do uso a dar àbarragem, que está associado à sua altura/ capacidade de armazenamento.

As barragens homogéneas são geralmente mais

pequenas do que as barragens zonadas: Em princípio não

há limitaçõesZonadas

10mCom dreno ou tapete drenante

5mHomogéneo

Altura máximaTipo de perfil

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Com a compactação dos materiais está-se a garantir implicitamente as suas características mecânicas (resistência e deformabilidade) e hidráulicas (permeabilidade e indirectamente resistência à erosão).

O controlo da qualidade de compactação nas barragens é muito mais rigoroso do que nos aterros de vias de comunicação.

4. BARRAGENS versus ATERROS DE VIAS DE COMUNICAÇÃO

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Nos dois casos usam-se materiais finos com alguma percentagem de argila.

a) Maciços homogéneos/ núcleo e aterros de vias de comunicação:

O comportamento do material compactado depende da energia de compactação adoptada e do teor em água na compactação.

Em obra, a compactação écontrolada de forma semelhante.

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Nas barragens adopta-se

Para garantir que o solo é menos expansivo (ver aula passada) e que tem alguma compressibilidade pois um solo demasiado rígido poderá fendilhar.

A existência de fendas é muito prejudicial ao desempenho da estrutura devido ao aparecimento de caminhos preferenciais de percolação.

Este é o motivo pelo qual se prescreve GC<100%

Compactação leve do lado húmido

Nos aterros adopta-se

Compactação pesada do lado seco

Areia siltosa compactada (Suriol et al. 1996)

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Variação de volume depende da tensão vertical na molhagem:

600kPa

100kPa

Barragens

Aterros de vias de comunicação

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b) Maciços laterais e alguns aterros de vias de comunicação (mais raramente):

Usam-se materiais grossos e de preferência sem finos.

A compactação é controlada de diferente – tem que se considerar o comportamento dos enrocamentos

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Recorda-se que a contabilização da presença de água/ sucção depende da dimensão das partículas do solo:

Alonso & Cardoso (2009)

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Cap. 8

COMPORTANTO DE MATERIAIS TIPO ENROCAMENTO

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1. DEFINIÇÃO

Um Enrocamento é um material constituído essencialmente por elementos rochosos de dimensões apreciáveis.

A dimensão máxima costuma ser cerca de 2000mm (2m) mas frequentemente é1000mm (1m).

É um material que só se obtém por escavação.

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Percentagem de elementos finos (D<0,075mm passam no #200) inferior a 10%

Um enrocamento é um material que tem as seguites características:

Dimensão máxima 2000mm(2m)

Percentagem de elementos com dimensão D>50mm superior a 60%

Coeficiente de permeabilidade superior a 10-5m/s

Maranha das Neves (2002)

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Um enrocamento distingue-se de um material granular pelo facto de exibir fracturação e esmagamento para níveis de tensões muito baixos e na molhagem.

Tal explica-se pela concentração de tensões nos contactos entre os elementos constituintes do enrocamento.

J. Gili and E. Alonso (2001)

Distribuição de tensões

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Também tem como particularidade o facto de exibir colapsos apreciáveis na molhagem e deformações diferidas no tempo (fluência).

Este comportamento observa-se nas barragens de enrocamento.

Ensaiosedométricos para

diferentes sucções

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

0,1 1 10

Vertical stress [MPa]

Ver

tica

l st

rain

[%

]

0.0 MPa

5.7 MPa

97.0 MPa

255.0 MPa

Fitted curves

Experimental

data

Total suction

1000 min

100 min

10 min

Colapso

Fluência

Oldecop & Alonso (2007)

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(Veiga Pinto, 1978-1982) Ensaio Triaxial

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Existe uma longa experiência em Portugal relativa ao comportamento de materiais tipo enrocamento

Ensaios no LNEC

2. COMPORTAMENTO DE ENROCAMENTOS

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-5

0

5

100 2 4 6 8 10 12 14 16

Axial strain (%)

Vol

umet

ric s

trai

n (%

)

Model

Experimental

Confining pressure =0.3 MPa

Confining pressure =0.1 MPa

0

0.5

1

1.5

2

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Axial strain (%)

Dev

iato

ric s

tres

s (M

Pa)

.

Model

Experimental Confining pressure =0.3 MPa

Confining pressure =0.1 MPa

Triaxial: seco → saturadoResultados dos ensaios triaxiais com e sem molhagem

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σσσσ3

∆∆∆∆u1

48 mm

24 mm

Entrada de água

molhagem

molhagem

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A rotura dos blocos é responsável por deformações no tempo que se continuam a registar em barragens de enrocamento

Rockfill void

Liquid water

Rock poreAir flow (RH%)

Vapour diffusion

A água é como se fosse um agente corrosivo.

Explicação da rotura com a molhagem:

Stress Intensity Factor: mede a resistência àpropagação da fenda

*i i i i

K a= β σ π

β- Factor que considera a geometria do fragmento, o tamanho e a posição da fenda

ai – metade do comprimento da fenda

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Algumas fendas ainda continuama resistir mas outras abrem-se e vão para a região III logo hárearranjos devidos ao rearranjodos fragmentos resultantes darotura. Há redistribuição de esforços e fluência acentuada.

Região III – as fendas estão-se a abrir rapidamente e há colapso

K 0 K C

Region IIRegion I Region III

V

100%RH

"very dry"> RH

[m/seg]

or liquid water

(vacuum)

Região I (não há molhagemnem aumento da tensão) ⇒ sóhá deformação devida aorearranjo das partículas

Stress Intensity Factor

Mecanismo de abertura de fendas

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Região II (há molhagem parciale/ou aumento da tensão) ⇒

*i i i i

K a= β σ π

Oldecop & Alonso (2003)

Leituras no tempo lidasem ensaios edométricospara diferentes sucções

Cardoso (2009)

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O mecanismo de propagação de fendas explica a fluênciaobservada

-7.0

-6.5

-6.0

-5.5

-5.0

0.001 0.1 10 1000

time (h)

vert

ical

str

ain

x10-2

100kPa

200kPa

400kPa

600kPa

800kPa

1000kPaλ t

)( tLnd

dt ε=λ

s=230MPa

19

Cardoso (2009)

Obras de Aterro

-7.0

-6.5

-6.0

-5.5

-5.0

0.001 0.1 10 1000

time (h)

vert

ical

str

ain

x10-2

100kPa

200kPa

400kPa

600kPa

800kPa

1000kPaλ t

s=230MPa

-22.0-21.0-20.0-19.0-18.0-17.0-16.0-15.0-14.0-13.0-12.0-11.0-10.0-9.0-8.0-7.0-6.0-5.0-4.0-3.0-2.0-1.0

0.001 0.1 10 1000

time (h)

vert

ical

str

ain

x10-2

100kPa

200kPa

400kPa

600kPa

800kPa

1000kPaλ t

s=2MPa

Obras de Aterro

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0 200 400 600 800 1000

Vertical stress (kPa)

λt

x10-2

UD2: s=230MPa

UD1: s=38MPa

U: s=3MPa

US: s=0MPa

λ t/ σ

λ t / σ

λ t / σ

A dependência entre a fluência, a sucção e a tensão vertical ilustra-se nos seguintes gráficos:

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Cap. 9

DIMENSIONAMENTO DE BARRAGENS

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No dimensionamento de barragens tem que se considerar:

1. DIMENSIONAMENTO

a) Estabilidade dos taludes

b) Folga (evitar overtoping)

c) Largura do coroamento

d) Acção sísmica e altura da onda de cheia

e) Filtros e drenos/ Percolação no corpo da barragem

f) Fundação

g) Protecção dos paramentos de montante e jusante

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Principais problemas em Barragens de aterro

Marcelino (2009)

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APRESENTAÇÃO DO

PROFESSOR MARANHA DAS NEVES