ANDERSON DANTAS DE MORAIS

CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DE SEDIMENTOS

ALUVIONARES DO RIO AÇU-RN.

NATAL-RN

2017

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

Anderson Dantas de Morais

Caracterização Geotécnica de sedimentos aluvionares do Rio Açu-RN

Trabalho de Conclusão de Curso na modalidade Artigo Científico, submetido ao Departamento de Engenharia Civil da

Universidade Federal do Rio Grande do Norte como parte dos requisitos necessários para

obtenção do Título de Bacharel em Engenharia Civil.

Orientador: Prof. Dr. Olavo Francisco dos Santos Junior

Natal-RN 2017

Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN

Sistema de Bibliotecas – SISBI

Catalogação da Publicação na Fonte - Biblioteca Central Zila Mamede

Morais, Anderson Dantas de.

Caracterização geotécnica de sedimentos aluvionares do Rio Açu-RN /

Anderson Dantas de Morais. - 2017.

18 f. : il.

Artigo científico (graduação) - Universidade Federal do Rio Grande do

Norte, Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil. Natal, RN,

2017.

Orientador: Prof. Dr. Olavo Francisco dos Santos Junior.

1. Barragem - TCC. 2. Ruptura - TCC. 3. Argila - TCC. 4. Ensaios -

TCC. 5. Argila – resistência – TCC. I. Santos Junior, Olavo Francisco dos.

II. Título.

RN/UF/BCZM CDU 627.82

Anderson Dantas de Morais

Caracterização geotécnica de sedimentos aluvionares do Rio Açu-RN

Trabalho de conclusão de curso na modalidade Artigo Científico, submetido ao Departamento

de Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Norte como parte dos

requisitos necessários para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.

Aprovado em 01 de junho de 2017.

___________________________________________________

Prof. Dr. Olavo Francisco dos Santos Junior – Orientador

___________________________________________________

Prof. Dr. Osvaldo de Freitas Neto – Examinador interno

___________________________________________________

Ma. Tahyara Barbalho Fontoura – Examinador externo

Natal-RN

2017

RESUMO

O segundo grande acidente com obras do DNOCS (Departamento Nacional de Obras Contra as Secas) foi o ocorrido na Barragem Eng. Armando Ribeiro Gonçalves, que represa águas do Rio Piranhas – Açu, no Estado do Rio Grande do Norte. Essa obra sofreu ruptura do talude de

montante ainda na fase de construção. A superfície de ruptura se desenvolveu quase por completo sobre um material argiloso plástico, oriundo de sedimentos aluvionares do Rio

Piranhas-Açu. O principal objetivo do trabalho é caracterizar e avaliar as características de resistência da argila, a qual foi concebida na secção original e modificada da barragem, com a intenção de obter informações relevantes que ajudem a compreender o fenômeno de ruptura da

barragem. Esse estudo foi feito através de ensaios tradicionais de caracterização, permeabilidade e ensaios mecânicos (adensamento e compressão triaxial). Através dos ensaios

de caracterização, foi possível classificar o solo estudado como uma argila siltosa de baixa compressibilidade (CL-ML). Para o solo estudado, foi encontrado um coeficiente de permeabilidade de 8,81x10-8

cm/s, mostrando que o material possui baixa permeabilidade.

Através dos ensaios de adensamento, se obteve um coeficiente de adensamento da ordem de 2,87x10-3cm/s, também foi possível verificar uma pequena tendência de expansão do material

quando inundado. A partir dos ensaios triaxias do tipo UU (unconsolidated-undrained), foi observado que na condição não saturada o comportamento do solo é melhor representado por uma envoltória de resistência bilinear, enquanto que na condição saturada, o comportamento é

melhor descrito por uma envoltória inclinada. Foi notada também uma queda de resistência significativa, provocada pelo aumento do teor de umidade do solo.

Palavras chaves: Barragem, Ruptura, Argila, Ensaios.

ABSTRACT

The second great construction accident of DNOCS (National Department of Constructions Against Drought) occurred at the Eng. Armando Ribeiro Gonçalves dam, which holds waters

from the Piranhas – Açu River, in the State of Rio Grande do Norte. This construction suffered an upstream slope rupture while in the building phase. The rupture’s surface

developed almost completely over a plastic argillaceous material, native of alluvial sediments from Piranhas-Açu River. The main objective of this work is to characterize and evaluate the resistance characteristics of the clay, on which it was designed in the original and modified

section of the dam, with the intention of obtaining relevant information that helps to comprehend the phenomenon of the dam’s rupture. This study was realized through

traditional characterization and permeability tests, and mechanical tests (densification and triaxial compression). The characterization tests made possible to categorize the studied soil as a silt clay of low compressibility (CL-ML). For the studied soil, it was found a

permeability coefficient of 8,81x10-8 cm/s, showing that the material has low permeability.

The densification tests resulted on a density coefficient of the order of 2,87x10 -3cm/s, also it

was possible to verify a small tendency of expansion of the material when flooded. As from the triaxial tests of UU type (unconsolidated-undrained), it was observed that at unsaturated condition the soil behavior is better represented by a bilinear resistance envelope, while at the

saturated condition, the behavior is better described as an inclined envelope. It was also noted a significant drop of the resistance, caused by the increase of moist content in the soil.

Keywords: Dam, Rupture, Clay, Tests.

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* Autor: Anderson Dants de Morais , Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN).

** Orientador: Olavo Francisco dos Santos Jr., Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN),

Departamento de Engenharia Civil, Dr.

1. INTRODUÇÃO

A Barragem Eng. Armando Ribeiro Gonçalves está situada no Rio Piranhas-Açu, localizado no Estado do Rio Grande do Norte, a 6 km da cidade de Açu. O propósito da

barragem foi o armazenamento de água para suprir projetos de irrigação a jusante e municípios adjacentes. São significativos os benefícios gerados pelos Projetos, destacando-se, sobretudo, o aproveitamento hídrico e agrícola das terras aluviais do vale, assim como os

chapadões dos tabuleiros. O reservatório é considerado o segundo maior já construído pelo Departamento Nacional de Obras Contra a Seca (DNOCS) até o momento, com capacidade de

armazenamento de 2,4 bilhões de m³ d'água e bacia hidráulica com área de 195 km². Sobre a importância da construção desse reservatório para a região, Aquino (2011) relata que, no início dos anos 80, foi inaugurada a barragem, e com ela os projetos de agricultura irrigada,

gerando uma grande contribuição para o desenvolvimento da região. O projeto original da Barragem de Açu foi desenvolvido em 1976 e a construção teve

início em maio de 1979, com o fim das obras previsto para fevereiro de 1982. A barragem,

conforme projeto original, é resumida como um maciço de terra zoneado com núcleo central argiloso, assentado diretamente sobre material aluvionar, sendo assim, necessária a execução

de uma trincheira impermeabilizante, também com material argiloso, para evitar o fluxo de água pela fundação. Em julho de 1980, uma das consultoras contratada pelo DNOCS, para assessoria técnica e fiscalização de construção da obra, sugeriu a mudança de seção tipo da

barragem central. O DNOCS acatou a proposta da consultora e os trabalhos tiveram continuidade tendo por base a seção-tipo modificada. A seção modificada previa, ao contrário

da seção original, uma continuidade do núcleo central que se estendeu até a trincheira impermeabilizante, sendo assim, a parte inferior do talude de montante também foi concebida com a utilização de material argiloso, oriundo de sedimentos aluvionares do Rio Piranhas-

Açu. Em 15 de dezembro de 1981, quando o aterro compactado se encontrava a 5 metros

apenas do nível final de construção, ocorreu o deslizamento do talude de montante da barragem, abrangendo uma extensão de 600m. Apesar do acidente ocorrido, ela foi reconstruída e hoje funciona satisfatoriamente, promovendo a irrigação do Vale do Baixo Açu

e abastecendo água para diversos centros urbanos, tais como: Mossoró, Açu, Angicos, dentre outros. Segundo Rocha (2003), o relatório do DNOCS sobre a ruptura abordava que a suposta

causa seria sob pressões neutras desenvolvidas no material argiloso que constituía o núcleo e a parte inferior da berma a montante (material de ligação do núcleo com a trincheira). Porém, não se tem certeza sobre a verdadeira causa do acidente e é pouco conhecido ainda o

fenômeno de ruptura ocorrido. No entanto, sabe-se que a superfície se deu praticamente sobre o material argiloso, sendo do tipo composta.

Após a ruptura foram contratados consultores para descobrir as prováveis causas, bem como auxiliar no reprojetamento da barragem. Foram executadas sondagens para a coleta de amostras indeformadas na superfície de deslizamento, e a partir delas foram realizados

ensaios triaxiais. Um dos consultores, Vitor de Mello, publicou em um dos seus trabalhos (Mello,1982), resultados de ensaios de resistência realizados no material estudado, tanto em

amostras compactadas na fase inicial de projeto, como nas amostras indeformadas já citadas coletadas após a ruptura. Os ensaios realizados na fase de projeto foram feitos com as amostras compactadas na umidade ótima e, provavelmente, na energia Proctor Normal. No

trabalho de Mello (1982), também foram publicados ensaios de caracterização e compactação do material em análise, ensaios esses realizados também na fase de projeto da barragem.

O presente trabalho procurou estudar as características geotécnicas do sedimento aluvionar (argila siltosa da jazida II-A) previstos na seção central original e modificada da barragem, para melhor entender o fenômeno de ruptura. Inicialmente foram feitos ensaios de

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caracterização de solos (granulometria, limites de consistência e massa específica dos sólidos)

com a finalidade de comprovar que o material estudado realmente tem as mesmas características do material utilizado na barragem. Também foi realizada, a análise química

através de Fluorescência de Raios-X (FRX), para conhecimento da composição química da argila. Em seguida, foram realizados ensaios de permeabilidade, adensamento e compressão triaxial do tipo UU, obtendo-se assim parâmetros hidráulicos e mecânicos do material. Todos

os resultados obtidos foram comparados com os publicados por Mello (1982). De acordo com Rocha (2003), a Barragem do Açu é a mais importante obra já

construída no Estado do Rio Grande do Norte no âmbito dos recursos hídricos, e uma das mais expressivas barragens do Nordeste. O acidente nela ocorrido teve grande repercussão nacional e até internacional. Por isso é importante obter informações relativas à ruptura do seu

talude de montante, com o fim de despertar discussões técnicas sobre os fatos ocorridos, e oferecer elementos para o aprendizado acadêmico e aperfeiçoamento dos projetos de

barragem de terra.

2. MATERIAIS E MÉTODOS.

2.1 Descrição do material estudado.

Com relação à aparência, o material estudado é bastante similar às argilas utilizadas como parte da matéria prima das indústrias produtoras de cerâmica da região e, com relação à

granulometria, o solo apresenta uma maior fração de finos. A argila é de coloração escura e possui uma certa plasticidade quando umedecida.

De acordo com Rocha (2003), o material utilizado na construção da barragem foi

retirado de jazidas próximas a ela. O solo residual de arenito foi retirado da jazida I, que se localiza na margem esquerda do rio a uma distância que varia de 3 a 5 km do centro da

barragem. A argila de coloração escura, que é o material de estudo, foi retirada da Jazida II , que se localiza na margem direita do rio a pequena distância da barragem (0,5 a 2,0 km).

Sabendo-se a possível localização das jazidas, foi realizada uma viagem de campo até

a barragem do Açu, que fica próxima à cidade de Itaja-RN, para realização da coleta de amostras deformadas da argila. A visita ocorreu com auxílio de profissionais do DNOCS, que

informaram sobre a existência de um depósito provisório, onde o acesso possuía maior facilidade comparado à jazida II. Esse depósito se localiza em uma região que é geralmente inundada pelo reservatório, no entanto, devido ao seu baixo volume atual, foi possível a coleta

do material. O solo foi coletado e transportado em sacos apropriados, ficando armazenado no laboratório de Mecânica dos Solos da UFRN, onde foram realizados os ensaios da pesquisa.

2.2 Ensaios realizados.

O procedimento experimental aplicado a essa pesquisa englobou quatro etapas: a

primeira etapa compreendeu a caracterização da argila, através dos ensaios de fluorescência de raios X (FRX), massa específica dos sólidos, granulometria conjunta e limites de

consistência. A segunda consistiu na realização de ensaios de compactação, já que as etapas seguintes foram feitas com amostras compactadas. A terceira etapa compreendeu a caracterização hidráulica por meio do ensaio de permeabilidade e a quarta etapa compreendeu

a caracterização mecânica, através de ensaios de adensamento e ensaios de compressão triaxial não adensado e não drenado (UU). A figura 1 mostra um fluxograma com todos os

ensaios executados durante a pesquisa.

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Figura 1: Fluxograma de ensaios.

Fonte: autor

2.2.1 Ensaios de caracterização.

Os primeiros ensaios executados foram os de caracterização do solo, com o objetivo

de obter informações sobre os grãos e dos estados de consistência da argila, podendo assim, classificá-lo de acordo com o Sistema Unificado de Classificação dos Solos (SUCS). A caracterização do material coletado é de extrema importância para dar coerência à pesquisa,

pois os resultados obtidos poderão reforçar a ideia de que o solo coletado é o mesmo utilizado na década de 80 na construção da barragem.

A determinação da massa específica dos sólidos foi feita através do método do picnômetro (figura 2), respeitando-se os procedimentos determinados pela NBR 6508 (ABNT, 1984). Utilizou-se um picnômetro de 500 ml, com cerca de 60g de cada amostra. O

ensaio foi repetido duas vezes com amostras distintas, obtendo-se com resultado a média dos dois valores encontrados.

Figura 2: Ensaio de massa específica dos sólidos.

Fonte: autor

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A análise Granulométrica Conjunta proporcionou a determinação da distribuição

granulométrica das partículas por meio de dois procedimentos básicos: peneiramento fino e sedimentação (figura 3-b). O peneiramento grosso não foi necessário, já que o material não

apresentava pedregulho como fração. O ensaio foi realizado conforme procedimentos constantes na norma NBR 7181 (ABNT, 1984), em que inicialmente foi colocado 70g do material em um becker contendo 125 ml de defloculante (solução de hexametafosfato de

sódio) durante um período de 24h (figura 3-a) e, logo em seguida, foi realizado o processo de sedimentação e peneiramento fino. Foram realizados 3 ensaios com amostras diferentes, com

a intenção de se obter um resultado médio.

Figura 3: Ensaio de sedimentação.

Fonte: Autor.

O ensaio de limite de liquidez (LL) foi executado manualmente com o auxílio do aparelho de Casagrande (figura 4-b), seguindo-se os procedimentos da NBR 6459 (ABNT, 2016). O limite de plasticidade (LP) foi determinado por meio da moldagem de cilindro

(figura 4-a) em placa de vidro fosco, de acordo com a NBR 7180 (ABNT, 2016). Ambos os ensaios foram executados 3 vezes com amostras diferentes, obtendo-se assim 3 resultados.

Figura 4: Ensaios de limites de plasticidade e liquidez.

Fonte: Autor.

O ensaio de Fluorescência de Raios-X (FRX) foi executado para conhecimento dos

óxidos presentes na argila e suas porcentagens. O ensaio foi realizado no laboratório de

Engenharia de Materiais da UFRN com auxílio do equipamento Shimadzu EDX-720.

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2.2.2 Ensaios de compactação.

Na construção da barragem o material foi compactado na umidade ótima, por isso é de

grande importância a realização desse ensaio. O principal objetivo é determinar a curvas de compactação na energia normal, pois acredita-se que essa energia foi utilizada na construção. Também foram feitos ensaios na energia intermediária e modificada, para se obter um estudo

completo e permitir um comparativo de curvas de diferentes energias, realizando assim uma análise crítica dos resultados. É de grande importância a realização adequada desses ensaios,

uma vez que a propriedade de resistência, que é um dos focos desse trabalho, depende diretamente do estado de compactação que foi imposto ao solo.

Os ensaios foram realizados seguindo-se as recomendações da NBR 7182 (ABNT,

2016). O material sofreu processo de secagem ao ar livre e cada ponto foi determinando com reuso da amostra. Como o material não apresentava pedregulho, foi possível a utilização do

cilindro Proctor pequeno com volume de 1000cm³, aproximadamente. A figura 5 mostra algumas etapas do ensaio de compactação: acréscimo de água e homogeneização do solo (a), compactação no cilindro (b) e extração do corpo de prova compactado (c).

Figura 5: Etapas do ensaio de compactação.

Fonte: Autor.

2.2.3 Ensaios de permeabilidade.

O ensaio de permeabilidade foi executado para conhecimento do coeficiente de permeabilidade do solo. Foi necessária a execução do ensaio à carga hidráulica variável, no

qual foram seguidas as recomendações da NBR 14545 (ABNT, 2000). A figura 6 ilustra algumas etapas do ensaio. Inicialmente, foi moldado um corpo de

prova (figura 6-a) na condição de teor de umidade ótimo, obtido através do ensaio Proctor

normal descrito anteriormente. O mesmo foi colocado dentro do permeâmetro (figura 6-b), onde os espaços vazios entre a parede do cilindro e a lateral do corpo de prova foram

preenchidos com bentonita e parafina. Após a montagem do permeâmetro, se realizou a percolação de fluxo ascendente no corpo de prova com a finalidade de expulsar o ar dos vazios do solo. Por fim, o corpo de prova foi submetido a percolação de fluxo descendente

(figura 6-c), onde foi medido as variações de nível na bureta para um determinado tempo. As medidas foram realizadas até se obter a constância nos valores de coeficiente de

permeabilidade. Em todas as medidas verificou-se a temperatura da água que percolava o corpo de prova, para posterior correção do coeficiente para 20ºc. Também se verificou a umidade antes e após a realização do ensaio com o objetivo de verificar o grau de saturação

do solo.

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Figura 6: Ensaio de permeabilidade a carga variável.

Fonte: Autor.

2.2.4 Ensaios de adensamento.

Foram realizados ensaios de adensamento com corpos de provas compactados no teor

de umidade ótimo com o objetivo de se determinar a curva de adensamento do solo, obtendo-se assim a tensão de pré-adensamento, coeficiente de compressão (Cc), coeficiente de recompressão (Cr) e coeficiente de adensamento (Cv). Foram feitos dois tipos de ensaios:

inundado e não inundado. No primeiro, ocorreu a inundação no estágio de tensão de 10 kPa, com o objetivo de medir a expansão do material. No segundo, para evitar o fenômeno de

expansão, optou-se por realizar o ensaio sem inundação com o corpo de prova, no teor de umidade ótimo, que corresponde a um grau de saturação de aproximadamente 85%. Para evitar a perda de umidade no ensaio não inundado, foi utilizado algodão umedecido no topo

da célula de adensamento (figura 7-b). Os corpos de provas foram compactados dentro do próprio anel de adensamento (figura 7-a), que possuía diâmetro de 70mm e altura de 20mm. A

execução do ensaio seguiu recomendações da NBR 12007 (ABNT,1990). O corpo de prova foi posto na célula de adensamento, e em seguida levado para a prensa de adensamento para aplicação dos estágios de tensão (figura 7-c). A etapa de carregamento se iniciou com 10 kPa

e as tensões foram dobradas até se atingir o estágio limite de 1280 kPa, já que se acredita na existência de tensões dessa ordem de grandeza na fundação e base da barragem, por onde se

desenvolveu parte da superfície de ruptura. O descarregamento se deu em 3 estágios: 320 kPa, 80 kPa, sendo o último o de 10 kPa.

Figura 7: Ensaio de adensamento.

Fonte: Autor.

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2.2.5 Ensaios de compressão triaxial.

É o ensaio de maior importância do trabalho, já que se obtiveram parâmetros de

resistência em situações que tentam simular as reais condições em que ocorreu a ruptura da barragem do Açu. Os corpos foram compactados na energia normal com teor de umidade ótimo e massa específica seca máxima. Para isso foram utilizados moldes cilíndricos de

dimensões 3,5cm de diâmetro por 7 cm de altura. A compactação no molde se deu em quatro camadas iguais, aplicando-se a energia de forma dinâmica.

Foram realizados ensaios UU na condição saturada e não saturada, para obter parâmetros de resistência não drenada. Esses parâmetros são de extrema importância, pois há indícios que a ruptura se deu de forma não drenada, uma vez que ela se desenvolveu sobre o

material argiloso. Os ensaios foram executados seguindo as recomendações da norma americana D2850

(ASTM,1999). O ensaio na condição saturada necessitou de bastante tempo para realização, já que a fase de saturação durou em média 35 dias. Obtendo-se um parâmetro B de Skempton entre 80 e 90%. Cada estágio durou aproximadamente 3 dias, com acréscimo de contrapressão

de 50 kPa de um estágio para o outro, até atingir 600 kPa de tensão de saturação. Ainda na condição saturada, foram rompidos corpos de provas em tensões confinantes de 100, 200 e

400 kPa. Na condição não saturada foram executados ensaios em tensões confinantes de 100, 200, 400 e 800 kPa. Nas duas condições, a ruptura ocorreu com velocidade de 0,7mm/min o que corresponde a 1% da altura do corpo de prova a cada minuto. Os ensaios foram

interpretados apenas em termos de tensões totais, já que existiram dificuldades nas medidas de pressão neutra.

Na figura 8 são mostradas algumas das fases do ensaio: montagem do corpo de prova na base da câmara (a), fase de saturação do corpo de prova (b), corpo de prova rompido (c).

Figura 8: Ensaio de compressão triaxial.

Fonte: Autor.

3. RESULTADOS E DISCUSSÕES.

3.1 Ensaios de caracterização.

O material apresentou massa específica dos sólidos (𝛒s) de 2,71g/cm³ para os dois

ensaios realizados. Este valor é um pouco maior que a massa específica do quartzo (2,65 g/cm³), isto pode ser justificado pela presença de teores de ferro e alumínio no material, que

foram encontrados na análise de Fluorescência de Raios-X, o que causa um aumento da massa específica real. O material analisado apresentou valor de 𝛒s semelhante aos valores

disponíveis na literatura, que geralmente para solos argilosos variam entre 2,65 e 2,80g/cm³, podendo chegar até 3,00g/cm³ (Pinto,2006).

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Em relação aos ensaios granulométricos, os três ensaios apresentaram resultados

bastante próximos. A curva granulometria média representativa dos ensaios é apresentada na Figura 9. O material apresentou uma porcentagem média de finos de 96,6%, sendo 54,8% de

silte e 41,8% de argila. Também apresentou pequena quantidade de matéria granular, apenas 3,4% de areia fina.

A figura 9, mostra um comparativo entre a curva granulométrica obtida pela pesquisa

(linha contínua) e valores limites de referência (linha tracejada), que foram publicados no trabalho de Mello (1982). As curvas em linha tracejada representam os limites de variação dos

resultados obtidos para diversos ensaios executados com o solo estudado ainda na fase de projeto da barragem. Observa-se que o resultado da pesquisa se encontra entre os valores limites de referência.

Figura 9: Curva granulométrica.

Fonte: Autor.

A Tabela 1 mostra os resultados encontrados para os limites de liquidez (LL) e limite

de plasticidade (LP) dos 3 ensaios realizados. Obteve-se para os ensaios valores médios de LL e LP, respectivamente, 48% e 23%. Consequentemente, o valor médio do Índice de plasticidade é de 25%.

Tabela 1: Resultado dos ensaios de limite de liquidez e plasticidade.

ENSAIO LL (%) LP

(%)

IP (%)

1 48 21 27

2 51 26 25

3 44 22 22

Média 48 23 25

Fonte: Autor.

A figura 10, mostra que os valores publicados por Mello (1982) apresentam uma dispersão significativa dos valores de LL e IP, o que leva a acreditar que o material estudado é bastante heterogêneo. Observando ainda a figura 11, é possível verificar que os resultados

encontrados nesta pesquisa se apresentam dentro da faixa de valores de referência.

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Figura 10: Carta de plasticidade - comparativos entre os valores obtidos e os de referência.

Fonte: adaptado de Vitor de Mello (1982).

A Tabela 2 sintetiza os resultados do ensaio de fluorescência de raios X (FRX). A composição química do material é apresentada em forma de óxidos, sendo 89,17% do

material composto pelos óxidos de silício, ferro e alumínio. A presença predominante desses elementos é um indicativo de presença de argilominerais, no entanto, para uma identificação

dos tipos de mineraiss é necessário um maior estudo mineralógico, através de ensaios de DRX e MEV/EDS. A presença de uma grande variedade de outros elementos, também sustenta a ideia da necessidade de um estudo mais avançado.

Tabela 2: Resultado do ensaio de FRX.

Fonte: Autor

Já que o solo é constituído em sua maior parte por finos, e os pontos obtidos na carta

de plasticidade (figura 10) se apresentam acima da reta inclinada, o solo estudado pode ser classificado como uma argila de baixa compressibilidade (CL) ou como uma argila de alta compressibilidade CH. Para os dois ensaios em que se obteve LL menor do que 50%, o solo

foi classificado como CL, e para o ensaio que resultou em um LL superior a 50% , se considerou a classificação CH.

3.2 Ensaios de compactação.

As curvas de compactação obtidas para as três energias estão apresentadas na Figura 11, e os valores de massa específica seca máxima e umidade ótima estão indicados na Tabela

3. Analisando a Figura 11, observa-se que quanto maior a energia de compactação,

ocorre um aumento da massa específica seca máxima e uma redução do teor de umidade

ótimo. Este comportamento é coerente com as curvas de compactação constantes na literatura,

PERCENTUAL DE ÓXIDOS SiO2 Fe2O3 Al2O3 K2O MgO CaO TiO BaO ZrO2 MnO SrO Rb2O Cr2O

39,05% 30,21% 19,90% 3,35% 2,32% 1,70% 1,46% 0,71% 0,41% 0,31% 0,27% 0,19% 0,06%

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como as publicadas por Pinto (2006). As três curvas apresentam-se bem abatidas,

características típicas de solos com percentual considerável de finos. Outro ponto relevante, é a convergência dos ramos úmidos das três curvas para uma única região, que é paralela à

curva de saturação. Vale observar, que os picos das três curvas apresentam grau de saturação próximo de 85% e o teor de umidade ótima e massa específica seca máxima encontrados para a energia normal são bem próximos dos valores publicados por Mello (1982).

Figura 11: Curvas de compactação.

Fonte: Autor.

Tabela 3: Resultados da compactação.

ENERGIA

VALOS OBTIDOS MELLO,1982

wot (%) ρdmax (g/cm³) wot (%) ρdmax (g/cm³)

NORMAL 20,00 1,66 12,50 - 21,00 1,62 - 1,90

INTERMEDIÁRIA 17,50 1,76 - -

MODIFICADA 13,90 1,90 - -

Fonte: Autor.

3.3 Ensaio de permeabilidade.

O valor encontrado de coeficiente de permeabilidade a 20ºC foi de 8,81x10-8cm/s, para

um valor de grau de saturação de aproximadamente 100%. Esse resultado é coerente com os valores típicos de coeficientes disponíveis na literatura. Para solos argilosos, espera-se

encontrar valores menores que 10-7cm/s. De acordo com Rocha (2003), o material argiloso utilizado na construção da barragem apresentava coeficiente da ordem de 10-7cm/s, sendo assim, o resultado encontrado é bem próximo desse valor.

3.4 Ensaios de adensamento.

A figura 12 mostra os gráficos de índice de vazios em função do logaritmo da tensão

aplicada, obtidos para ensaios de adensamento na condição inundada e não inundada. A tabela

15

4 apresenta os dados do corpo de prova ensaiado, e valores calculados a partir da análise da

curva da condição não inundada mostrada na figura 12.

Tabela 4 : Valores obtidos do ensaio na condição não inundada.

DADOS DO CP COEFICIENTE

COMPRESSÃO

(Cc)

COEFCIENTE

RECOMPRESS

ÃO (Cr)

TENSÃO DE PRÉ-ADENSAMENTO (kPa)

w (%) ρd

(g/cm³)

Sr

(%)

MÉTODO DE

CASA

GRANDE

MÉTODO DE

PACHECO

SILVA

VALOR

MÉDIO

20,16 1,66 87 0,26 0,04 220 200 210

Fonte: Autor.

Ainda para o ensaio não inundando, foi calculado também o coeficiente de adensamento através do processo de Taylor, obtendo-se um valor de 2,87x10-3cm²/s

Com relação ao ensaio na condição inundada, após a inundação no estágio de 10kPa, o corpo de prova apresentou expansão, como mostra a figura 12. A expansão medida foi de 0,77mm, o que corresponde a 3,85% da altura inicial do corpo de prova. Vale ressaltar que o

corpo de prova foi moldado com umidade de 20,43% e massa específica seca de 1,65g/cm³. Para corpos de provas moldados com teores de umidades menores, provavelmente as medidas

de expansão seriam maiores, o que justifica um estudo mais aprofundado sobre esse fenômeno.

Figura 12: Curva de adensamento.

Fonte: Autor.

3.5 Ensaios de compressão triaxial do tipo UU.

Na figura 13 estão apresentadas as curvas de tensão x deformação dos ensaios referentes à condição não saturada. Para tensões confinantes de 100 e 200 kPa, os pontos de

pico ocorreram com deformações axiais de 9%, já para as tensões de 400 e 800 kPa, os picos ocorreram com 7 e 11%, respectivamente. Analisando-se as curvas da figura 13, conclui-se

que se tratam de ruptura dúctil, comportamento esperado, já que o material é relativamente

16

plástico. Comparando-se os valores máximos de tensão desviatória dos ensaios com tensões

confinantes de 100, 200 e 400 kPa, percebe-se um aumento de resistência com o aumento de tensão confinante. No entanto para tensões acima de 400kPa, não ocorre aumento de

resistência, isso pode ser observado comparando-se os valores máximos dos ensaios de 400 e 800 kPa, que são praticamente iguais. Esse comportamento justifica a adoção da envoltória bilinear apresentada na figura 14. Para tensões de até 400 kPa é adotada uma envoltória

inclinada e, para tensões acima de 400 kPa, o comportamento do solo é melhor representado por uma envoltória horizontal com ângulo de atrito zero.

Figura 13: Tensão desviatória x Deformação axial.

Fonte: Autor.

Ainda com relação aos ensaios não saturados, a figura 14 mostra um comparativo entre a envoltória obtida (linha continua) e a publicada (linha tracejada) por Mello (1982), referente aos ensaios executados na fase de projeto da barragem. A envoltória horizontal

apresentou um valor de intercepto de coesão de 230 kPa, um pouco menor em relação ao valor de referência, que é aproximadamente 250kPa. Já a envoltória inclinada obtida por essa

pesquisa apresentou ângulo de atrito igual a 18º e intercepto de coesão de 70 kPa. Percebemos que a envoltória inclinada está dentro da dispersão dos valores de Mello, em que o ângulo de atrito varia de 11º a 18° e intercepto de coesão varia de 20kPa a 90kPa.

Figura 14: Comparativo entre a envoltória obtida e a publicada por Mello (1982).

Fonte: Autor.

Em se tratando dos ensaios com a fase de saturação, foi encontrado um intercepto de coesão de 25 kPa e ângulo de atrito) de 3,2°. A envoltória e os estados de tensões para cada

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tensão confinante estão representados na figura 15. Percebe-se uma pequena diferença dos

valores máximos de tensão cisalhante ao se aplicarem as tensões normais de 100, 200 e 400 kPa, valores esses: 35,07 kPa; 38,84 kPa e 50,43kPa, respectivamente. Essa diferença pode

ser devida ao fato dos ensaios serem realizados com parâmetro B em torno de 85%. No entanto, para todas as tensões confinantes, foram medidas as umidades dos corpos de prova após a ruptura e, em todos os casos, foram obtidos teores de umidade similares à de saturação,

com isso pode-se inferir que os corpos de provas estavam saturados.

Figura 15: Envoltória do ensaio na condição saturada.

Fonte: Autor.

Comparando-se os resultados dos ensaios na condição saturada aos da condição não

saturada, percebe-se uma queda significativa de resistência, que pode ter acontecido devido ao ganho de umidade do solo na etapa de saturação. No entanto, essa queda de resistência é

bastante acentuada, sendo ideal a realização de mais ensaios para que se tenha um estudo mais aprofundado.

4. CONCLUSÕES.

Os resultados obtidos através dos ensaios de caracterização mostraram que o material estudado nessa pesquisa é semelhante ao material utilizado na execução da barragem, já que

os mesmos apresentam valores próximos quando comparados aos resultados já existentes. Outra semelhança constatada é que o solo estudado apresentou a mesma classificação do solo da jazida II-A, da qual foi extraída a argila escura para a construção da barragem.

Os ensaios de compactação e permeabilidade também apresentaram valores próximos, quando comparados aos valores já disponíveis. Os resultados referentes aos ensaios de

adensamento são relevantes, pois para o material em questão não existe resultado publicado. A tendência de expansão do material quando umedecido é um indicativo da presença de argilominerais expansivos, o que justifica um estudo mais aprofundado sobre a composição

química e mineralógica do material. A partir dos ensaios triaxiais foi possível obter parâmetros de resistência em termos de

tensões totais, em que para a condição não saturada a envoltória de ruptura se caracterizou como do tipo bilinear, sendo aproximada por um trecho inclinado e outro horizontal. Com a realização do ensaio UU na condição saturada, observou-se uma queda bastante significativa

de resistência, resultado esse que merece ser estudado posteriormente em outros trabalhos. Essa queda brusca de resistência por ganho de umidade pode ter sido uma das causas da

ruptura da barragem, já que no relatório após o colapso consta que o material próximo a superfície de deslizamento, se apresentava visualmente acima da umidade ótima.

Em suma, acredita-se que o objetivo do trabalho foi atingido, já que se conseguiu

reproduzir com confiabilidade a caracterização geotécnica do material estudado, obtendo assim, informações relevantes que poderão ser utilizadas em estudos posteriores sobre a

ruptura da barragem do Açu e, talvez até para estudos relacionados ao seu comportamento atual e futuro.

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REFERÊNCIAS.

ABNT (1984). NBR-6508 - Grãos dos Solos que Passam na Peneira de 4,8mm –

Determinação da Massa Específica. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, 08p.

ABNT (1984) NBR-7181. Análise Granulométrica. Método de Ensaio. Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro, Brasil, 13p.

ABNT (1990) NBR-12007. Solo –Ensaio de adensamento unidimensional. Método de Ensaio. Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro, Brasil, 13p.

ABNT (2000) NBR-14545. Solo –Determinaçaão do coeficiente de permeabilidade de

solos argilosos a carva variável. Método de Ensaio. Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro, Brasil, 12p

ABNT (2016). NBR-6459: Solo – Determinação do Limite de Liquidez. Método de ensaio.

Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro, Brasil, 05p.

ABNT (2016) NBR-7180. Solo – Determinação do limite de plasticidade . Método de

ensaio. Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro, Brasil, 03p.

ABNT (2016) NBR-7182. Solo – Ensaio de Compactação. Método de Ensaio. Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro, Brasil, 09p.

AQUINO, J. R.; FILHO, Raimundo I.S. 30 Anos de economia do vale do Açu (1981-2011):

balanço geral e desafios para o futuro. CORECON-RN – Conselho Regional de Economia

do Rio Grande do Norte.2011. ASTM (1999) D2850. Standard test method for unconsolidated-undrained triaxial

compression Test on Cohesive Soils. Annual Book of ASTM Standarts. Philadelphia: American Society for Testing and Materials.

CAPUTO, H.P. Mecânica dos Solos e Suas Aplicações. Rio de. Janeiro: LTC, 6ª edição, 1996. 234 p.

DAS, Braja M. Fundamentos da engenharia geotécnica. Tradução da 6. Ed Americana.

California: Thomsom, 2007. 561 p. MELLO, Victor F.B. A case history of a major construction period dam failure.

Bruxelles.1982. 16p.

PINTO, Carlos de Sousa. Curso Básico de Mecânica dos Solos: com exercícios resolvidos

em 16 aulas. 3. ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2006. 367p.

ROCHA, V.O. Barragem Armando Ribeiro Gonçalves: Histórico e Avaliação do

Comportamento Atual. Dissertação (Mestrado) - Pós-graduação em Recursos Hídricos e

Saneamento Ambiental. Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Natal. 2003.