Aula 07 - Ufop
Aula 07 - Ufop
Aula 07 - Ufop
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
BARRAGENS DE TERRA E DE<br />
ENROCAMENTO – AULA 3<br />
Prof. Romero César Gomes - Departamento de Engenharia Civil / UFOP
Análises da Estabilidade de Taludes de Barragens<br />
Escolha das Seções Críticas<br />
• seção de altura máxima;<br />
• seções em condições críticas de fundação (principalmente em caso de fundações<br />
com problemas potenciais em termos de geração de poropressões elevadas);<br />
• seções em condições de perfis geotécnicos complexos<br />
Parâmetros de Projeto<br />
• programa de investigações geotécnicas<br />
• seleção dos parâmetros de projeto<br />
Condições de Carregamento<br />
• final de construção<br />
• regime permanente de fluxo;<br />
• rebaixamento rápido;<br />
• análise dinâmica (estabilidade sob eventos sísmicos)
Análises da Estabilidade de Taludes de Barragens<br />
Análise em Tensões Efetivas (TEF)<br />
• utilizar parâmetros efetivos de resistência (‘drenados’): c’, φ’;<br />
• determinar as tensões efetivas estimando-se as poropressões geradas em cada caso;<br />
• análises aplicadas tipicamente no caso de taludes em solos granulares ou em análises a longo<br />
prazo para taludes em solos pouco permeáveis;<br />
• aplicável também no caso de taludes em final de construção ou em análises de rebaixamento<br />
rápido para taludes em solos pouco permeáveis.<br />
Análise em Tensões Totais (TET)<br />
• utilizar parâmetros totais de resistência (‘não drenados’): c, φ;<br />
• determinar as tensões totais em cada caso;<br />
• análises aplicadas tipicamente no caso de taludes em final de construção ou em análises de<br />
rebaixamento rápido para taludes em solos pouco permeáveis;<br />
• não aplicável a outras análises.
Análises da Estabilidade de Taludes de Barragens<br />
c’, φ’<br />
c, φ
Análise I - Durante e Final de Construção<br />
FS = 1,3
Análise I - Durante e Final de Construção<br />
Condições gerais<br />
convencionalmente adotada em projeto (a não ser no caso de barragens de pequena altura), embora rupturas da<br />
barragem nestas condições sejam pouco comuns;<br />
em geral, a condição mais crítica ocorre ao final de construção mas podem ser necessárias análises adicionais para<br />
estágios intermediários da obra.<br />
ambos os taludes são analisados nestas condições.<br />
ocorrem variações complexas das tensões ao longo do maciço compactado;<br />
em função das reduzidas permeabilidades dos solos compactados e dos prazos relativamente rápidos da construção,<br />
as condições de drenagem tornam-se muito limitadas e, assim, elevadas poropressões tendem a ser desenvolvidas no<br />
aterro da barragem (fato análogo pode ocorrer com os terrenos de fundação)<br />
umidades de compactação acima da ótima desenvolvem maiores poropressões, que são também geradas mais<br />
rapidamente;<br />
as camadas compactadas podem ficar saturadas, em função do processo de adensamento induzido pela construção da<br />
barragem ou pela ação de chuvas.
Análise I - Durante e Final de Construção<br />
Análise da estabilidade em termos de tensões efetivas:<br />
Utilizar parâmetros efetivos de resistência com base na envoltória de ensaios CD (solos muito<br />
permeáveis) ou de ensaios CIU com medidas de poropressões – ensaios (solos mais<br />
permeáveis, tipicamente com k > 10-4 CIU<br />
cm/s) .<br />
Análise da estabilidade em termos de tensões totais:<br />
Utilizar parâmetros totais de resistência com base na envoltória de ensaios UU ou de ensaios CU<br />
sob as condições de adensamento mais adequadas às condições representativas do problema<br />
real (solos menos permeáveis, tipicamente com k < 10 -7 cm/s) .
Análise I - Durante e Final de Construção<br />
Condições de campo ≠ Condições de Laboratório (ensaios UU):<br />
Laboratório Campo<br />
σ1 = σ3 : tensões iniciais;<br />
σ 3 : constante; σ 1f : σ 1i + Δσ 1 : tensões finais<br />
σ1 ≠ σ 3 : tensões iniciais e finais<br />
sem adensamento e sem drenagem com adensamento e drenagem<br />
direção invariável das tensões principais rotação das tensões principais<br />
parâmetros de resistência de campo ≠ parâmetros de resistência de laboratório!
Análise I - Durante e Final de Construção<br />
Procedimentos para a Estimativa das Poropressões de Campo<br />
- ensaios triaxiais tipo não adensado e não drenado;<br />
- ensaios triaxiais sob acréscimos variáveis da tensões (σ 1 / σ 3 );<br />
- ensaios triaxiais tipo K 0 (mais indicado);<br />
- correlações com dados de instrumentação de barragens similares, etc.<br />
Em caso de não estabilidade dos taludes pelas análises realizadas, podem ser adotados os<br />
seguintes procedimentos:<br />
• avaliação dos dados de instrumentação e correlação com os dados previstos;<br />
• intercalação de camadas drenantes no maciço;<br />
• paralisação temporária dos serviços de compactação (p/ dissipação das poropressões);<br />
• abatimento do talude de jusante (adoção de taludes mais suaves).
Análise II - Regime Permanente de Fluxo<br />
Condições gerais<br />
- percolação induzida pelo reservatório cheio (condição de ruptura mais freqüente);<br />
- rupturas catastróficas;<br />
- análise associada diretamente ao projeto da drenagem interna da barragem;<br />
- condições críticas em termos das análises de estabilidade do talude de jusante.<br />
FS = 1,5
Análise II - Regime Permanente de Fluxo<br />
Análise da estabilidade em termos de tensões efetivas:<br />
Utilizar parâmetros efetivos de resistência com base na envoltória de ensaios CD (solos muito<br />
permeáveis) ou com base na envoltória de ensaios CIU<br />
, com as poropressões sendo obtidas<br />
diretamente da rede de fluxo da barragem.
Análise III - Rebaixamento Rápido<br />
Condições gerais<br />
- desconfinamento lateral do talude de montante, pelo rebaixamento rápido do nível do reservatório;<br />
- geração de poropressões pelo aumento das tensões cisalhantes na zona do rebaixamento;<br />
- correlação entre as condições de drenagem do solo compactado em relação às velocidades de rebaixamento<br />
(função do volume do reservatório e da capacidade do vertedor);<br />
- rupturas não catastróficas.<br />
FS = 1,2 -1,3*<br />
* admitindo-se uma hipótese atípica do evento
Análise III - Rebaixamento Rápido<br />
Análise da estabilidade em termos de tensões efetivas:<br />
Utilizar parâmetros efetivos de resistência com base na envoltória de ensaios CD (solos muito<br />
permeáveis) ou de ensaios CIU<br />
com medidas de poropressões, obtidas diretamente da rede de<br />
rebaixamento da barragem.
Análise III - Rebaixamento Rápido<br />
Análise da estabilidade em termos de tensões totais e efetivas:<br />
Utilizar parâmetros de resistência obtidos com base na envoltória conjugada ou mais crítica das<br />
obtidas a partir de ensaios CIU e CD ou CIU e<br />
esta sistemática para quaisquer solos).<br />
CIU<br />
para solos menos permeáveis (ou adotar
Análise III - Rebaixamento Rápido<br />
Poropressões a partir da rede de fluxo de rebaixamento:<br />
u = γ wh p - B γ wh w sendo B ≤ 1 (B ~ 0,2 a 0,4)
Análise IV - Estabilidade contra Terremotos<br />
Condições gerais<br />
Método pseudo – estático: utilizar parâmetros efetivos de resistência (adotar as mesmos<br />
critérios da análise para a condição de regime permanente de fluxo), associados a uma dada<br />
solicitação dinâmica (força horizontal expressa pelo produto do coeficiente sísmico pelo peso da<br />
massa potencialmente instável).<br />
FS = 1,1<br />
%g<br />
(evento sísmico)
Análise IV - Estabilidade contra Terremotos<br />
Recomendações para implantação de barragens em zonas sísmicas (Seed, 1973):<br />
• evitar zonas de falhas nas fundações;<br />
• prever ampla borda livre no reservatório;<br />
• adotar elevadas espessuras das zonas de transição, utilizando-se materiais não susceptíveis ao<br />
fissuramento;<br />
• utilizar núcleos espessos de materiais com características “auto-cicatrizantes”;<br />
• utilizar dispositivos apropriados para minimizar efeitos de ondas provenientes dos próprios<br />
tremores ou de escorregamentos para dentro do reservatório;<br />
• utilizar dispositivos na crista da barragem para minimizar efeitos de erosão no caso de<br />
galgamento da barragem (“overtopping”);<br />
• adotar medidas adicionais para impedir rupturas de taludes ou deslizamento da barragem.
Análises Tensões-Deformações de Barragens<br />
• Causas principais de fissuramentos em barragens:<br />
- desenvolvimento de tensões de tração em zonas do<br />
maciço devido a recalques diferenciais<br />
- condicionantes devido à geometria do arranjo e/ou<br />
compressibilidades distintas entre os materiais de aterro e<br />
fundação<br />
• Natureza das fissuras: longitudinais ou transversais ao<br />
eixo da barragem<br />
• Análise do problema: métodos numéricos + resultados de<br />
instrumentação
Análises Tensões-Deformações de Barragens
Análises Tensões-Deformações de Barragens<br />
Alteração da geometria do arranjo barragem - fundação<br />
• arqueamento do eixo da barragem;<br />
• deslocamento do eixo da barragem;<br />
• escavação e substituição dos materiais existentes;<br />
• alteração dos taludes, etc<br />
Alteração do comportamento reológico dos materiais<br />
• alteração dos parâmetros de compactação;<br />
• redução da velocidade da construção;<br />
• mistura de diferentes materiais;<br />
• substituição de materiais, etc<br />
Especificação dos filtros e zonas de transição<br />
• Interferência na continuidade das fissuras;<br />
• efeitos favoráveis no processo de auto-colmatação das fissuras
Elevação (m)<br />
Análises Tensões-Deformações de Barragens<br />
830<br />
820<br />
810<br />
800<br />
790<br />
780<br />
770<br />
760<br />
750<br />
740<br />
730<br />
720<br />
710<br />
700<br />
690<br />
680<br />
670<br />
660<br />
650<br />
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500<br />
simulação do processo construtivo<br />
Distância (m)<br />
Elevação (m)<br />
830<br />
820<br />
810<br />
800<br />
790<br />
780<br />
770<br />
760<br />
750<br />
740<br />
730<br />
720<br />
710<br />
700<br />
690<br />
680<br />
670<br />
660<br />
650<br />
1<br />
2<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
7<br />
10<br />
9<br />
11<br />
16<br />
15<br />
14<br />
13<br />
12<br />
17<br />
18 19<br />
21<br />
20<br />
22<br />
23<br />
24<br />
2526<br />
27<br />
8<br />
Distância (m)<br />
UHE NOVA PONTE<br />
Malhas de elementos finitos<br />
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500<br />
1 2
Elevação (m)<br />
Análises Tensões-Deformações de Barragens<br />
830<br />
820<br />
810<br />
800<br />
790<br />
780<br />
770<br />
760<br />
750<br />
740<br />
730<br />
720<br />
710<br />
700<br />
690<br />
680<br />
670<br />
660<br />
650<br />
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500<br />
-0.2<br />
-0.3<br />
-0.4<br />
-0.8<br />
-0.7<br />
-0.6<br />
-0.5<br />
-0.4<br />
-0.3<br />
-0.2<br />
-0.1<br />
Distância (m)<br />
Curvas de iguais deslocamento horizontais<br />
Elevação (m)<br />
-0.1<br />
0<br />
-0.1<br />
Curvas de iguais deslocamentos verticais<br />
830<br />
820<br />
810<br />
800<br />
790<br />
780<br />
770<br />
760<br />
750<br />
740<br />
730<br />
720<br />
710<br />
700<br />
690<br />
680<br />
670<br />
660<br />
650<br />
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500<br />
0<br />
0.1<br />
0.2<br />
0.3<br />
Distância (m)<br />
0.4<br />
0.5