XVII SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS

BRASILIA

AGOSTO 1987

UTILIZAcAO DE ALTERACAO DO FILITO COMO MATERIAL ALTERNATIVO NA

CONSTRUCAO DE BARRAGENS

TEMA I V

Prof. Francisco Barhosa de Lucena (*)

Antonio Soares da Silva (**)

Fng9 Francisco Irlen dos Guimaraes (***)

Geol.Joaquim Tomazda S.Leite Neto (***)

(*) Prof.Titular do Dept9 de En,genhariaCivil do CCT da Universidade Federalda Paraiba

(**) Coordenador de Estudos e Projetos daSecretaria de Recursos Hidricos daParaiba

(***) Coordenadoria de Estudos e Proietcsda Secret.de Rec.Hidricos da Paraiba

A0

INTRODUcAO

0 aproveitamento da capacidade hidrica do Rio jenipapei-

ro, situado no municipio de Olho D'agua, no Estado da Paraiba ,

foi efetuado com a finalidade principal de regularizacao pluvi-

anual do mesmo, permitindo a perenizacao do seu curso, possibi-

litando a irrigacao, o abastecimento humano e animal, alem da

psicultura. Tendo em vista a insuficiencia de materiais tradi

cionais, de use mais conservadores, tais como, solo residuals

de gnaisses, os quais estavam situados a mais de 10 km da obra,

inviabilizando, portanto, o seu emprego na construgdo do maci

co, optou-se por uma secao tipo para a barragem com nucleo de

material argiloso (solo residual maduro de gnaisse) e espalda -

res de alteracao de filito (solo saprolitico de filito ou so

los jovens). Tal material de encontra situado a menos de 200 m

da estaca0doeixo da barragem e com volume suficiente para a

tender o volume necessario a construcao da obra. Os detalhes da

geometria da secao tipo, estao apresentados na Figura 1. 0 volu

me de terra do macico e de aproximadamente 896.000 m3, altura

maxima de 36 m e comprimento total da crista de 468 m.

GEOLOGIA GERAL DA AREA

As observacoes feitas quando do mapeamento geol6gico de

superficie no sitio da Barragem Jenipapeiro, no municipio de

Olho D'agua, mostram que o ambasamento cristalino no qual se

insere o eixo barravel, em toda extensao, a montante e a jusan-

te deste, a composto essencialmente de rochas de composicao gra

n"tica, quarziticas, xistos de baixo grau de metamorfismo, blo

cos erraticos de anfibolitos, e, notadamente, filitos variega -

dos.

Li toestratigraficamente, a principal unidade mapeada, se

constitui de metassedimentos aflorantes naquele sitio, como re

presentantes do pr&-cambriano superior, notadamente da sequen

cia media do "Grupo Cachoeirinha".

0 "fgceis" petrografico dominante e indubitavelmente 0

filito. Neste litotipo, a superficie de anisotropia planar, mar

cada pela intensa recristalizacao de minerais tabulares, formam

um pequeno angulo com a foliacao, cuja diregao preferencial e

NE-SW.

Em afloramento, apresentam-se com coloracao variavel de

015

cinza-chumbo a avermelhado quando alterado, com granulacao fi

na e laminadao bem desenvolvida. Os componentes essenciais em

analise macroscopica sao sem suvida, a muscuvita e/ou serici -

ta, clorita, quartzo e possivelmente a magnetita cuja cor aver

melhada pode decorrer da alteragao desta.

Outro litotipo encaixado em alternancia corn o filito, so

bretudo no eixo e na onbreira esquerda da barragem, e o quartzi

to. Sao rochas de granulometria media, laminadas, com a mica

distribuida em finos leitos parelelos. A composicao mineral6gi-

ca a predominantemente quartzosa, cerca de 90% e finissimos lei

tos subordinados de muscovita, com inclusoes de 6xido de fer

ro.

As rochas granitoides mapeadas, sao intrudidas naquela

sequencia, fato justificado pelo aparecimento de aureolas de me

tamorfismo de contato facilmente observadas em alguns afloramen

tos visitados.

Em amostra de mao, se nos apresentam como pedras tipica-

mente acinzentadas equigranulares e bastante homogeneas. Sao re

sistentes a erosao por causa da homogeneidade, consequentemen -

te, formam com os quartzitos cordoes de serras alongadas, em

prestando a topografia uma morfologia de carter colinoso (vi

de foto anexa).

Em toda extensao do vale do rio Genipapo, o embasamento

cristalino se encontra capeado por sedimentos inconsolidados de

natureza aluvionar formando a ultima unidade mapeada naquela

area.

Esses dep6sitos aluvionares sao caracterizados por sedi

mentos arenosos, silticos e argiloso, oriundos da lixiviadoo pro

cessada naquelaa rochas, com graos sub-arredondados cor cinza-

claro. Possui espessura em media de 2,5 m aumentando no talve

gue do rio, podendo chegar ate 5 m em alguns locais.

Os litotipos da area em apreco, essencialmente na parte

dominada por filitos e quartzitos, associado ao clima quente e

seco, favorece ao intemperismo fisico, marcas visiveis do intern

perismo quimico, sobretudo nas rochas ricas em minerais ferro -

magnesianos, tipo anfibolio gnaisse e anfibolito.

Por possuir uma topografia relativamente plana, exceto na

area de quartzitos, a declividade a pequena, consequentemente ,

a infiltracao a maior e os minerais mais argilosos e arenosos

foram pouco lixiviados, dando por conseguinte um solo relativa-

mente espesso e de textura areno-argilosa.

016

I

PROJETO INICIAL DA BARRAGEM E CONCEPCAO DA SOLUCAO OTIMIZADA

Os materiais disponiveis na regiao, as condicoes de ex

ploragio dos mesmos e as caracteristicas do terreno de fundacao

e topografia local foram na realidade os fatores mais importan-

tes que condicionaram a concepgao do projeto original.

A insuficiencia de volume utilizavel de materiais conven

cionais, associada as grandes distancias de transporte, impuse-

ram a utilizadao desse material nas quantidades estritamente ne

cessarias a construcao do nucleo e preenchimento da fundacao da

barragem.

A quantidade significativa de materiais provenientes da

alteragio de filito orientou a reformulacao do projeto original

substituindo a secao homogenea por outra zoneada, onde predomi

na as zonas construidas com a alteracao do filito.

Entre a face de jusante do nucleo e a alteracao do fili-

to, foi previsto uma zona de transicao constituida por um fil

tro vertical que se conecta com o "rock-fill" situado no pe do

talude de jusante atraves de um filtro horizontal, conforme mos

trado na Figura 1. Nesta Figura apresenta-se a secao tipica da

barragem com indicag6es dos tipos de materiais utilizados nas

diversas zonas, suas dimensoes e declividade dos taludes adota-

dos.

INVESTIGAcAO DE CAMPO E DE LABORATORIO

Foi eleborado um estudo de campo e de laborat6rio objeti

vando definir as caracteristicas geotecnicas da alteragdo do fi

lito, a distribuicao do material nas areas situadas nas proximi

dades da obra, a espessura dos varios horizontes e as dificulda

des de sua exploracao.

Os trabalhos de campo constaram inicialmente da execugao

de furos de sondagem a pa e picareta, disposta em planta forman

do uma malha quadrada com 200 m delado . Os furos efetuados, al

cangaram uma profundidade media de 1,00 m, distribuidos em uma

area de 1,1 km2. (Figura 2)

Os materiais coletados foram submetidos no laborat6rio

a ensaios de caracterizacao, compactacao, permeabilidade e cisa

lhamento direto rapido, pre-adensado rapido e lento. Os resulta

dos obtidos indicaram que os solos encontrados sao constituidos

por areias finas silto-argilosas de baixa plasticidade que se

017

enquadram geralmente no grupo CL-ML. No Quadro 1 pode-se obser-

var que a porcentagem do material que passa na peneira n¢ 200 se

situa acima de 50 % o que torna esse material suficientemente im

permeivel quando compactado. Os ensaios de plasticidade , indica

ram valores de limite de liquidez variando de 24 , 5 a 25,5 e in

dice de plasticidade entre 6 ,7 e 7,7%.

Em corpos de prova , moldados nas condig6es de massa espe

cifica aparente seca maxima e umidade 6tima, foram efetuados en

saios de permeabilidade horizontal e vertical , em permeametro de

carga variavel, obtendo-se valores medios para o coeficiente de

permeabilidade da ordem de 5 x 10-6 cm/seg.

Ensaios de cisalhamento direto rapido efetuados em cor

pos de prova moldados estaticamente com grau de compactacao de

100 % e desvio de umidade de 0 a 0,5%, apresentou envoltoria de

resistencia nao drenada com coesao de 0,43 kg/cm2 e angulo de

atrito de 32,8°. Para condicao de ensaio pre-adensado rapido sa

turado, foi encontrada uma coesao de 0,2 kg/cm2 e angulo de a

trito de 30,1%. Os ensaios lentos realizados, indicaram uma coe

sao media de 0,42 kg/cm2 e angulo de atrito de 26° para umteor

de umidade de 2% acima da 6tima.

Paralelamente foi elaborado um programa de investigagao

de laborat6rio, para a alteragao do filito, visando definir a

influencia da trabalhabilidade das amostras, quando submetidas

a ensaios de compactacao, utilizando-se amostras virgens e

amostras reusadas, nos parametros de compactacao. Tal estudo foi

efetuado utilizando-se amostras compactadas nos cilindros Proc-

tor Normal (material passando na malha de 4,7 mm) e amostras

compactadas no cilindro C.B.R. (material passando na malha de

19,1 mm). Ensaios de granulometria com sedimentagio foram efetu

ados nas amostras originais e ap6s compactacdo, objetivando-se,

observar a degradacao da curva granulomdtrica em funcao do es

forgo de compactagao a que o solo foi submetido. Os resultados

obtidos, sintetizados no 2uadro 1 mostram que a manipulagao

da amostra (com reuso) propiciou um pequeno aumento na massa es

pecifica aparente seca e uma diminuigao na umidade 6tima prova

velmente em funcao de uma melhor distribuicao dos diimetros das

particulas, provocando um arranjo granular mais denso que a a

mostra nao trabalhada (sem reuso). Tal comportamento foi obser-

vado tanto nos ensaios de compactacao efetuados com material

passando na malha de 4,8 mm (cilindro proctor) como com o mate

rial passando na malha de 19,1 mm (cilindro C.B.R.), onde o ma

018

terial com diametro superior a 19,1 mm foi substituildo por igual

quantidade de solo passando na malha de 19,1 mm e retido na ma

lha de 4,8 mm. Uma analise dos resultados referentes aos para

metros de compacta^ao (com ou sem reuso de amostras) indica que

a utilizacao do cilindro de C.B.R. propiciou um aumento na mas

sa especifica aparente seta e uma diminuicao no teor 6timo de

umidade.

A utilizagdo do cilindro de C.B.R., para definidao dos

parimetros de compactacao parece ser mais indicado quando se

trata de solos com mais de 15% retido na malha da peneira n9 4

(4,8 mm). Tal procedimento foi traduzido por uma melhor unifor-

midade dos dados obtidos quando comparados os resultados de cam

po e os de laborat6rio.

Observando os resultados referentes a granulometria do

material verifica-se que a energia de compactacao modifica a

curva granulometrica do solo original, principalmente das fra

toes acima do diametro de 0,01 mm.

APROVEITAMENTO E UTILIZAQAO DA ALTERAQAO DO FILITO

Os trabalhos desenvolvidos englobando as investigacoes de

campo e de laboratorio, onde foram definidas as caracteristicas

gectecnicas do material, indicaram que apesar das dificuldades

referentes a selegao, umedecimento, homogeneizagao, compactacao

e controle de qualidade,a alteragdo do filito e a adequada pa

ra construcao dos espaldares da barragem. Dessa forma, a se

gdo tipica da barragem foi alterada de modo a possibilitar a

utilizagao desse material de maneira mais racional, otimizan-

do, consequentemente, a execugdo do projeto.

A escavagao do filito, na jazida, foi executada ap6s a

remocao da camada superficial de solo aluvionar. Este material

contem originalmente um percentual relativamente pequeno de

particulas passando na peneira n9 4, no entanto, apos trabalhado

com trator tipo D-8, esse percentual aumenta significativamen -

te, permanecendo, ainda poucos blocos com dimensoes superiores

a 15 cm. 0 umedecimento do solo foi efetuado em camadas na jazi

da, em forma de piscina, havendo previamente espalhamento a umi

dade natural com o trator D-8, de modo a reduzir os blocos exis

tentes. Tendo em vista a heterogeneidade dos materiais a serem

trabalhados, quanto a granulometria, adotou-se preliminarmente

uma faixa de umidade de 0,9 hot. a 1,15 hot., medida sobre a

019

fragio do material passando na peneira n9 4.

Face as caracteristicas granulometricas do material, o con

trole de compactacao foi efetuado atraves da massa especifica

aparente seca corrigida, adotando-se a seguinte formula:

GC = Ysin situ corrigido x 100, onde:

ys max.

GC - grau de compactacao , igual ou superior a 95%;

ysin situ - massa especifica aparente dos graos inferiores a

4,8 mm, obtida no campo, corrigida em virtude da

parcela de maior dimensao;

ys max. - massa especifica aparente seca maxima, obtida em

ensaios com energia Proctor Normal, segundo o me-to

do MB-33 da ABNT.

is in situ - obtido atraves da formula:

Ys in situ = 1 Pg , onde:

Yg

Pg - relacao entre o peso da parcela umida, retida na peneira

n4 4 e o peso da amostra total, utilizada na determina -

gao de Yt.

Yt - massa especifica aparente "in situ " do material compacta

do determinada na praga , obtida pela execucao de cavas

de 1,00 x 1,00 m, de modo a se atravessar toda a espessu

ra da camada trabalhada.

Yg - massa especifica aparente dos graos retidos na peneira

n4 4.

As camadas que exibiram um grau de compactacao inferior

a 95%, foram recompactados atraves de 4 passadas adicionais de

rolo pe de carneiro ou ate atingir o GC superior a 95%.

VERIFICACAO DO DESEMPENHO DO FILITO COMPACTADO "IN SITU"

Objetivando definir o comportamento da alteragdo do fi

lito, quanto as caracteristicas de resistencia e permeabilida-

de "in situ", e tentar compara-las com os parametros obtidos

na fase de projeto, foi iniciado um trabalho de pesquisa, cu

jos resultados iniciais se referem apenas a estanqueidade do

material . A etapa correspondente aos parametros de resistencia

020

ao cisalhamento se encontra am andamento, tendo sido feita a

retirada de blocos indeformados e ensaiados os primeiros cor

pos de prova.

Os ensaios de permeabilidade "in situ" foram executados,

na cota media da altura da barragem, em postos distribuidos nos

espaldares de montante e jusante e no nucleo central da obra.

Os coeficientes de permeabilidade horizontal e vertical, foram

efetuados com o auxilio de equipamento de sondagem de reconheci

mento usando carga e vazao constante. 0 coeficiente de permeabi

lidade vertical variou de 1,5 x 10-6 cm/seg a 6,0 x 10-6 cm/seg

enquanto a permeabilidade horizontal se situou no intervalo de

5 , 2 x 10-6 cm/seg a 41,7 x 10-6 cm/seg, conforme visto no Quadro 2.

CONCLUSOES

A alteracao do filito, apesar das dificuldades relaciona

das com escavacao, homogeneizagao, umidificacao e controle de

qualidade mostrou-se adequado para aplicagdo nos espaldares da

barragem de terra Jenipapeiro, em construcao no municipio de

Olho D'agua, no Estado da Paraiba.

Os ensaios geotecnicos realizados com materiais coleta -

dos na jazida e ap6s compactacao no macico atestam a sua boa

performance como material adequado ao use a que se destinou. A

sua utilizacao na construcao da barragem reduziu significativa-

mente o custo da obra evitando dessa forma , o use de materiais

mais argilosos situados a mais de 10 km do local da barragem.

AGRADECIMENTO

Os autores agradecem a S.R.H. - Secretaria de Recursos

Hidricos da Paraiba e o GEONORTE, em permitir a publicacao de

parte das informacoes apresentadas no trabalho.

RE SUMO

Trata o presente trabalho de informacoes relacionadascom

n utilizacao de um solo saprolitico, proveniente daalteracao de

filito, nos espaldares da barragem Jenipapeiro, no Estado da

Paraiba. Tal material apresenta baixa plasticidade e e consti -

tuido granulometricamente por materiais com grande predominin -

021

cia de finos, mais de 50% passando na malha da peneira n9 200,

havendo no entanto, pedras com diametros de 15 a 20 cm. A par

to fina e constituida basicamente de silte e areia muito fina,

sendo a percentagem de argila normalmente inferior a 5%. Dados

referentes a ensaios de permeabilidade "in situ" e controle de

construcao sio apresentados.

BIBLIOGRAFIA

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veira Junior - Relat6rios nos 016/83, 050/84 e 004/85.

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Compactado com Alteragao de Filito.

022

PROP. JOSO

0'40 (14

50 fl ISO .00__jS0A0f_IS.00 500 5OA01 100.00 130001 150.00 I SOOO50.00' I50 .00 i 100.00150.00

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QUADRO 1

CARACTERISTICAS GEOTECNICAS MEDIA DAS AMOSTRAS ENSAIADAS

PROCED NCIA JAZIDA 1 JAZIDA 1

CILINDROUTILIZADO

PROCTOR NORMAL CILIND RO DO C.B.R.

SITUAQAO DA ANTES DA DEPOIS A XNTES DA DEPOIS AAMO S T RA COMPACTAAO COMPACTAcAO COMPACTAcAO COMPACTACAO

3/4" 100 100

3/8" 93 96

0 n94 100 100 81 88

9n 10 9 1 93 72 77

n940 71 73 58 64

n9100 63 65 50 55

n9200 59 61 48 52

0,050 49 45 37 48

0,020 29 28 19 26

a)0,010 19 17 13 16

0,005 13 11 7 8

0,002 4 4 1 2

LL $ 24,5 25,5

LP % 17,8 17,8cn

TP % 6,7 7,7

o Ysmax. 1809 kg/m 1849 kg/m

9 ^h ot. 15,0% 13%

FYsmax. 1740 kg/m

3 31828 kg/m

h ot. 16,0% 14%

026

QUADRO 2

RESULTADOS DOS ENSAIOS DE PERMEABILIDADE "IN SITU" ATRAVES

DE PROS DE SONDAGEM

FURO ESTACA POSIgAO KVx10-6 cm/seg Khx10-6 cm/seg

1 6 J 3,0 -

2 6 M 1,5 13,4

3 7 M 6,1 5,5

4 7 N 6,1 5,2

5 9 M 6,1 31,3

6 9 J 3,0 19,4

7 9 + 10 J 1,5 19,4

8 10 N 3,0 5,5

9 12 M 6,1 41,7

10 12 J 6,1 25,2

027

-1 ^ I - - - -1 7- - I - I - I , 7- 1- -""7 .,