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Obras de Aterro
Lechago, Espanha
Obras de Aterro
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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Obras de Aterro
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.
Obras de Aterro
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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Obras de Aterro
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
Obras de Aterro
Neste dois casos também hápercolação na fundação
Caudal de saída
Com cortina de impermeabilização na fundação
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Obras de Aterro
Outras soluções (perfil homogéneo)
Maciço de jusante (dreno)
Tapete drenante
Perfil zonado
No limite:
h<10m
Obras de Aterro
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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Obras de Aterro
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
Obras de Aterro
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Obras de Aterro
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.
Obras de Aterro
Burga
Cerro do Lobo
Campilhas
enrocamento
Enrocamento com núcleo em betão
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Obras de Aterro
Beliche
Alijó
Azibo
Obras de Aterro
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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Obras de Aterro
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
Obras de Aterro
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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Obras de Aterro
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)
Obras de Aterro
Variação de volume depende da tensão vertical na molhagem:
600kPa
100kPa
Barragens
Aterros de vias de comunicação
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Obras de Aterro
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
Obras de Aterro
Recorda-se que a contabilização da presença de água/ sucção depende da dimensão das partículas do solo:
Alonso & Cardoso (2009)
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Obras de Aterro
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.
Obras de Aterro
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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Obras de Aterro
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
Obras de Aterro
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Obras de Aterro
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)
Obras de Aterro
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Obras de Aterro
(Veiga Pinto, 1978-1982) Ensaio Triaxial
Obras de Aterro
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
Obras de Aterro
σσσσ3
∆∆∆∆u1
48 mm
24 mm
Entrada de água
molhagem
molhagem
Obras de Aterro
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
Obras de Aterro
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)
Obras de Aterro
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
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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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Obras de Aterro
Cap. 9
DIMENSIONAMENTO DE BARRAGENS
Obras de Aterro
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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