XIV SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS

RECIFE

AGOSTO 1981

PRESSOES NEUTRAS NA BARRAGEM DE ITAOBA, RGS

TEMA: II

Shoshana Signer

Engenheira Civil M.Sc em Geotecnia

Rio de Janeiro

i .I i

1 - INTRODUcAO

Relata-se neste trabalho o desenvolvimento das pressoes neutras

no interior do nucleo da barragem de Itauba durante o periodo

construtivo e com o enchimento do reservat6rio. Comparam-se as

pressoes neutras previstas para cada etapa com as medidas poste

riormente. Para a etapa construtiva a previsao foi feita em ba

se de ensaios triaxiais com carregamento anisotropico e relagao

constante entre as tensoes principais, denominados PN. Para a

etapa seguinte, em base de redes de percolagao anisotropicas.

0 nucleo foi construido com solo residual de basalto compactado

e os espaldares, com enrocamento basaltico compactado, zoneado

segundo suas diversas qualidades.

A Barragem de Itauba situa-se no rio Jacui, com altura maxima de

90 m e comprimento de crista da ordem de 400 m. 0 volume total

envolvido e de 3.600.000 m3, sendo o nucleo com 600.000 m3.

2 - SOLOS DE EMP RRSTIMO

A area de emprestimo utilizada para a construgao do nucleo da

Barragem era de solo residual de basalto, podendo ser distingui

do em 2 niveis, de aspecto e propriedades diferentes. 0 nivel

superior, mais maduro, se constitui de uma argila vermelho escu

ro, plastica, de boa trabalhabilidace e com espessura da ordem

de 4 m. subjacente ocorre numa argila v6rmelho claro, siltosa

de propriedades, de engenharia inferiores e com espessura de ate

6 m.

Os 2 horizontes foram empregados indistintamente, exceto nos ul

timos 15 m abaixo da crista, nos quais empregou-se a argila es

cura plastica por ser uma zona ma.s sucetivel a trincas.

A tabela abaixo resume algumas propriedlades dos solos empregados

efetivamente, obtidas a partir de ensaios sobre blocos indefor

mados extraidos do aterro compactado:

LL LP IP & %<2 A % areia Y Smax hotg/cm3 / g/cm3

60 a 80 30 a 45 20 a 40 2,70 a 2,76 50 a 70 5 a 25 1,35 a 1,50 27 a 3

485

I

Quanto a compactagao de campo, foi utilizado o rolo Hyster

C-410A Tamping, exigindo-se um grau de compactagao ininimo de

96% dentro de um intervalo de umidade de hot-1% a hot+3%.

Os trabalhos de compactagao se concentraram do lado umido por

que as solos no emprestimo apresentavam em geral, umidades ele

vadas acima da otima, alcangando +10% de desvio de umidade.

0 controle de compactagao foi exercido atraves do ensaio Hilf-

-Proctor, analisando-se os parametros de compactagao estatisca

mente. 0 panorama resultante mostra, em relagao a Proctor, grau

de compactagao entre 96% e 101% e desvio de umidade entre-0,5%

e +4,08%.

3 - EVOLUcAO DAS PRESSOES NEUTRAS CONSTRUTIVAS

As pressoes neutras desenvolvidas no nucleo foram medidas por

piezometros pneumiticos da marca Geosistema, de fabricagao me

xicana. Sua instalagao foi efetuada a medida que o aterro su

bia e ao lado de cada piezometro foi extraido um bloco indefor

mado. De cada bloco foram moldados dois corpos de prova e sub

metidos a ensaio de compressao triaxial PN.

Neste ensaio o carregamento e feito anisotropicamente, manten-

do-se a relagao r = constante = 0,6 no caso. Se o corpo

de prova nao rompia durante o carregamento anisotropico, ao se

atingir a pressao maxima da camara, cisalhava-se o mesmo por

acrescimos de pressao axial, mantendo-se a pressao confinante

constante.

Na figura 1 mostra-se a segao de maior altura que & tambem a

segao principal de instrumentarao, com a locarao da maioria cos

piezometros. Os demais piezometros situam-se isoladamente ao

longo da Barragem.

Nas figuras 1, 2, 3 e 4 sao mostradas as previsoes e medidas

de cada piezomtero para o periodo construtivo.

Pode-se observar que as previsoes de comportamento com os en

saios PN foram confirmados muito satisfatoriamente pelas medi

das, tanto na forma de evolugao da pressao neutra com a pres

sao vertical, como seu valor absoluto. Pode-se inclusive notar

em varios casos, a coincidencia das leituras com a curva do en

saio. A boa qualidade do ensaio PN para previsao de pressoes

neutras ja foi anteriormente constatada num artigo por Cruz e

Signer (ref. 1), onde foram comparados os resultados ensaios

486

versus leituras para 4 barragens.

Em termos de valor absoluto, as pressoes neutras construtivas

desenvolvidas em Itauba foram baixas, no superando os 20% de

parametro B, apesar do solo ser argiloso e a compactagao tender

para o lado umido.

4 - PRESSOES NEUTRAS DEVIDO AO ENCHIMENTO DO RESERVATORIO

0 enchimento do reservatorio se deu em duas etapas: Na primei

ra, o N.A. foi elevado da cota 102 m ate a cota 165 m, em abril

de 1978. Durante os meses de agosto e setembro do mesmo ano, o

enchimento do reservatorio foi completado, passando o N.A. para

a cota de operagao normal de 183 m.

O estabelecimento das pressoes neutras permanentes foi bastante

rapido acusando a maioria dos piezometros praticamente os valo,

res definitivos, um mes apos o enchimento completo do reserva-

torio. Infelizmente muitos piezometros danificaram-se deixando

de operar ou operando precariamente com valores duvidosos.

A tabela seguinte mostra as medidas piezometricas desde o final

de construgao e ate o presente. A figura 5 ilustra uma tentati

va de esbogar uma cede (o andamento das equipotenciais) a par

tir das leituras. Procurando encontrar o modelo teorico de per

colagao no qual se encaixam as medidas peizometricas dispcriiveis

foram feitas diversas tentativas, algumas apresentadas em anexo.

A figura 6 apresenta a rede de fluxo para a condigao de solo ho

mogeneo e isotropico. A figura 7 apresenta uma rede de fluxo ani

sotropica com permeabilidade horizontal 9 vezes a vertical.

Tambem foi tragada a rede com relagao de permeabilidades horizcn

tal/vertical, de 25. Finalmente, a figura 8 apresenta uma rede

de fluxo tragada para a condigao de permeabilidade crescente can

a altura, uma vez que a elevada altura da barragem ocasiona um

gradiente significativo de pressoes, indices de vazios e conse

quentes permeabilidades ao longo da altura.

Deve-se lembrar que esse gradiente de pressoes efetivas tambem

existe no sent.do montante-jusante e quando o caso comportar 6

interessante considers-lo.

Analisando os valores da tabela e superpondo a figura 5 aos mo

delos de rede pode-se perceber a tendencia dos valores se ajus-

tarem melhor ao modelo de rede isotropica na regiao inferios do

nucleo, casando-se com a rede de permeabilidade variavel na sua

487

I

00r-4

m o O Ok

%D to r--I V)

H r-I r-i r-I H5r-i

nr- i

5r'I

5r•-I

nr-I

Nr-i

N00

a Ln O N N c'r1 0 Ill

r-Ir-I

ODr-I

cor-I

00r-4

00r^

ODr-I

00r-1

00r4

cor-I

00r-I

00r-I

MN N N N N N H O Lfl Lo Ln T

H H H H H H H O O O O

N l0 N N p1 O CO CO ^' d' Ln Lfl

r-I r-1 r-I r-I N r-I r-i r-I r-I -I r-I

r-I

N1C7 O O O O 1 I I I I I I

N N O O H N N N N m N dr v

..I r I M M M M M M Cl O N N N

0 O lfl N O N N M lfl l0 H N O

r-i r-i r-i r-I N N N N N O r-I r-I r 1

00r-I

IO V'

.O ^l

.d'.

l0.

l0.

I^.

l^.

Ql.

O

%

M d.)

IV

r-I v r-I O l0 v w to N 01 dr r-I 00

N N M M N N N N (N r-1 H N H

l %

44

I I I I I i I I I I

r-1 v m M v v v v m N m 0

k M M M M M M M M in lO lD lO

M-^ N

N

DO

N

O

M

^O

N

l0

N

^O

N

/O

N

lO

N

N

N

^O

H

N

N

lO

M

DO

M

Nr 1t

C7 *

I`

O

Lfl

N N

O O

Cl

r-I

Cl

M

M

M

M

N

M

Ln

Cl

O QO

in

ul

in

4 1

ODN

-P1.

r

a

InwH

M00H a) In

Nrn

Orx

CO

ros~

(df~

r-

\0

\OLt

0)Nrn

rnr

rnN

oIl II

•

Ha)>

42-

r-

0 p

^4 -H

P

r4

0\0J

OQ

C0

0!'4 oe a0

VI

1NWH

r y 'E r

U•1-Ira

Q)U)a)

Q)toa)

a)Na)

a)Pa)

4A

Ul •0M

4JO

CYrP(Cl

Q)rt7a)

Q)rO

a)4 J0U)

(d

a o E I-i rO tH •r-, (d O )-1 >-I •rI X

488

porcao superior.

Infelizmente o desempenho dos piezometros a longo prazo foi in

satisfatorio, remanescendo poucos de leitura confiavel, impos-

sibilitando o detalhamento do modelo de percolacao que se desen

volveu no nucleo da barragem de Itauba.

9 interessaiite registrar que na barragem de Itauba notou-se in

fluencia de uma galeria de drenagem na ombreira esquerda, scbre

as piezometros de macho da mesma ombreira , que apresentam va

lores inferiores aos correspondentes na ombreira direita, nao

tao fortemente drenada.

5 - CONCLUSOES

i - 0 ensaio PN como descrito acima , se impoe cada vez mais

como eficiente ensaio para previsao das pressoes neutras

canstrutivas.

ii - 0 enchimento do reservatorio de Itauba provocou resposta

imediata e definitiva nos piezometros, apesar de tratar

de material de baixa permeabilidade.

iii - As press es neutras que se estabeleceram durante a ope

ragao do reservatorio, melhor se ajustaram a um modulo de

rede com permeabilidade variavel e crescente da base pa

ra a crista, principalmente na porgao superior do nucleo,

onde as pressoes medidas superaram os modelos convencio-

nais.

6 - BIBLIOGRAFIA

Cruz e Signer , 1973, " Pressoes neutras de campo e laboratorio

em Barragens de Terra". IV Sem. Nac . G.B, Vol. II, Tema II

RESUMO

i

Este trabalho trata da apresentagao e interpretagao das pres

soes neutras desenvolvidas no nucleo da barragem de Itauba, du

rante a construgao, enchimento e operacao do reservatorio.

No periodo construtivo o paramento B de pressao neutra alcan

cou 20%. Esses valores foram previstos adequadamente por meio

do ensaio PN, de carregamento anisotropico.

0 enchimento do reservatorio foi muito rapido assim como o fo-

ram as respostas dos piezometros.

Os valores piezometricos durante a operacao do reservatorio fo

ram objeto de interpretacao com o auxilio de 3 modelos de per

colacao: isotropico, anisotropico com permeabilidade horizon-

tal ma ' r que a vertical , e, com permeabilidade variavel naver

tical, endo esse ultimo o que melhor se prestou aintezP ^reta ao.

490

PRESSOES NEUTRAS PREVISTAS E MEDIDAS

PIEZOMETRO G-1

498,20 L98,6

G-10 G-11 G-12 G-13

LOCALIZACAO DOS PIEZOMETROS NA ESTACA 12

it00

Q. 20Wa

Locolizocbo do blocoe do pistbmetro.

G-14 G-15 G-16 G-

110,00

Estoco 5Coto 132 m

Most. 27m - M

Corocterisl,cos do bloco

LL •65%LP • 34%

IP • 31%

S • 2,70 g /cm3

%<2 A -69

% de oreio • 12

1<smds, • 1,432 p/Cms

not @28 8 %

Ensoto PN s/bloco indef

Medido do G -I

\\ ^^ Final do corrog . omsolr6pico

[Ah•t1,4%GC•96,3%

6,0 8,0 10,0 12,0

PRESSAO VERTICAL G, ou at , kg/em=

491

14,0

FIGURA 1

16x0

PRESSOES NEUTRAS PREVISTAS E MEDIDAS

50-

40

30-

20-

to-

PIEZOMETRO G-2

Corocter;sticos do bloco

Locoli :ocbo do blocoEstaco 6+2,4m

Coto 129 m LL' 85%e do pletometro LP, 46%Afast. 17m-MI

IP•39%

Ensoio PN s/bloco indef.

--- Medido do G-2

Final do correp, onisotr6pico

0 2.0

LL- 75%

LP' 44%

IP•31%

5 • 2,77 g /cm'

%<2µ n 72

% de oreio • 11

PIEZbMETRO G-18

Locolitocoo do blocoe do pie20metro'

Esloco 12

Coto 130m

Afost. 39m- M

Ensoio PN s/bloco indef.

---Medida do G-18

2.0 40 60T

80

PI EZOMETRO

Corocleristicos do bloco50

40-

30

1<'mda•1,369g/cm'

20 -

to-

0 20 4.0

h6t •33,6%

S n 2,75 p/cros%<2µ•70

% de oreio • 10

I'mdx .'1,408 g/cm'

h6t•31,9%

Ah •+1,9 %GCs 91,0%

nh•-0.7%C•91,8%

Coracterislicos do bloco

LL' 80%

LP, 43%

IP n 37'/.

3 • 2,75 t1 /cros

%<2,u•73

% de orsio' 14

Y'mox ' 1.369 g/cm'

h6t • 33,6%

10.0 12.0 14.0

G-19

60 80 100 12.0

PRESSAO VERTICAL G, Ou Xz. kg/Cm'

16.0 180

- Ensoio PN s/bloco indefMed.do do G-19

Finol do correp oniso-1ropico

14.0 160 18 0

FIGURA 2492

000

4s

50-

40-

30-

20

10-

Locolizoyoo do blocoe do piezomelro

PRESSOES NEUTRAS PREVISTAS E MEDIDAS

PIEZOMETRO G-14Estoai 12

Coto 110 m

Atostom. 56m- M

0 2.0 4 .0 6.0 80

Carocterlsticos do blocoLL' 777.LP• 367.IP•41%% <2A s 637. de oreio a 19S •2,728/cmI

Ismdx' 1,4609/cm3hot' 28,6 •/.

10.0 12.0 14.0

PIEZOMETRO G-15

50-

40-

30-

20-

10-

Corocteristicas do bloco

LL' 83%

LP' 32 %

IP•51%

<2M'66

de oreio • 17

b'2,77g/cros

^amcx • 1,428g/cros

hot•30,7%

120 140

PIEZOIAETRO G-16

Locolizoc6o do bloco I Estoco 12 Carocterishcos do blocoe do piezometro Coto 110m LL' 67 %

Atostom 22m-M LP-34%

IP•33%

I -2,72g/ems

57Ensoio PN sobre bloco indetor -modo '/. d

e

e ore io • 16

u<A,A. A. r.- 1A Jsmox'I , 4S4g/cros

'I- Final do correg onisotropico not ' co,y

0 20 40 60 80 100 120 140

PRESSAO VERTICAL Gi ou rz, hg/cros

493

160 18.0

160 180

16.0 18.0

FIGURA 3

--PRESSOES NEUTRAS PREVISTAS E MEDIDAS

50-

40-

30-

20-

00

0

O 30.QtoVfW

a 20Wa

0 10

W

.Qo:

PIEZOMETRO

Locahzo(bo do blocos do piezometro

Estoco 8

Coto 110 mAfostom 26m- M

Coracteristicas do blocoLL n 75%LP-- 32%IP•43%8 • 2,68 g/cros

•/. <2µ-59%deoreio•22Ismtix.' 1,433 g/cros

hdt.' 29.4%

Ensoio PN sobre bloco indeformodo

---Medldo do G-24F inol do correg. onisotropico

\\ /

2.0 4,0

Localizocoo ;;o blocoe do piezometro

/\

Ah n -5,8%GC-102,2%

6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0 le 0

PIEZOMETRO G-25

Estoca 10 Corocteristicos do blocoCoto 110m LL • 76% '/. <2µ 64 smdx' 1,4658/cros

Afostom . 26m-AdLP • 34/. % de oreio • 16 hot,' 28,6%IP-42 /.

•2,73g/cros ^Ah'-0,5'%eGC n 94,3 %

Ah•+2,8 /.GC n 92,5•/.

Ensoio PN sobre bloco sndetormodo

---Medidado G-25

Final do corre g. onisotropico

2.0 4.0

PIEZOMETRO G-26

50-

40-

30-

20-

t0

0

Locolizocoo do blocoe do piezometro

6.0 so 10.0 12.0 14.0

Estoco 13Coto 110mAtostom.26m-M

160 1(0

Corocteristicos dobloco

LL-83% 1smax 1 , 406g/cm

^.P n 38% hot .30,7%IP•45%b n 2,770/cros

%<2u n 70'/. de oreio • 18

20

Ensato PN sobre bloco -ndeformodo

-- -Medido do G-26

7 Final do correg . onisotr6pico

60 80 100 12.0

PRESSAO VERTICAL f, ou 6z, kg/cros

4.0 14.0 160 18.0

FIGURA 4494

6-24

G-13

PRESSOES MEDIDAS COM 0 RESEVATaRIO EM OPERAcAO

FIGURA 5495

184,00 N.A. MAX.

Nl1CLEO COMPACTADO

REDE DE FLUXO ISOTR6PICA

496FIGURA G

NUCLEO COMPACTADO

RM

6=9

0 10 20 30mESCALA ORIGINAL

REDE DE FLUXO ANISOTROPICA

F IGURA 7497

NUCLEO COMPACTADO

REDE DE FLUXO COM PERMEABILIDADE VARIAVEL

FIGURA 8498