XVII SEMINARIO NACIONAL DE CRANDES BARRACENS

BRASILTA

ACOSTO 1987

BARRAGENS DE TERRA - ASPECTOS CONSERVADORES

NOVOS CONCE I TOS

TEMA I V

Eng9 I,ui z Hernani de Carvalho

Prof. do Centro Tecnol6gico da Iini

versidade Federal do Ceara e Che4e

da Divisao de Barragens do Departa

mcnto National de Obras Contra as

Secas - DNOCS

---- - '

BARRAGENS DE TERRA - ASPECTOS CONSERVADORES :

NOVOS CONCEITOS :

1 - Tecnologia Tradicional

A partir do inicio do Seculo XIX, com Mesnard, por

volta de 1802 , surgia os primeiros conceitos tecnol6gicos das

barragens de terra, calcados em fundamentos matematicos, ago

ra, com hip6teses totalmente reformuladas.

No decorrer daquele Seculo e ate os nossos dias, a

execucao de barragens, sua tecnica executiva, aprimorou-se, gra

cas a inumeros Mestres da Mecanica dos Solos, os quais refina-

ram a tecnologia das barragens de terra a tal ponto que o aci

dente com uma obra , face ao universo construido torna-o despre

zivel, na amostragem das barragens concluidas com sucesso.

Talvez esta situagdo tenha levado os barrageiros a

aceitarem os conceitos formulados com base em estudos analiti

cos, comprovados na pratica como "absolutamente " certos, posi-

cionando - se como os quo crcem no aforismo popular : " time que

esta ganhando nao se mexe :

Sera que nao seria possTvel aprimorar determinadas

tecnicas , corretas na sua usual maneira de ser, mas, advindo

dal uma otimizacao do produto final, aliada a minimizacao de

esforcos e consequentemente, de custos?

Poucos, no campo das barragens de terra se tem aven

295

ONWINTPIP P" I 1

turado a sair da sua habitual apatia, e natural,por pr6prio do

ser humano, para mudar as regras de uma determinada tecnica clue

se apresenta como correta , na teoria e pratica.

A estes poucos, rendemos nossa homenagem, pela cora

gem de se expor a critica dos no menos ilustres colegas, na pro

cura de uma causa mais profunda das "tarefas concretas" analisan

do-as, muitas das vezes, sem a possibilidade de uma comprovacao

experimental mas,ainda assim, com argumentos tao convincentes '

que se torna dificil refute-los. Eles sao poucos e neste tra

balho alguns serao citados pela abordagem de temas que the di

zem respeito embora outros meregam igual honra.

2 - Et^Pas Construtivas Numa Barragem de Terra : Tradicao

"Versus " Renovagao

2.1 - Fun^ll^c Rochosas nas Barragens de Terra:

Com excecao de Stini, Lugeon e poucos outros,

somente na decada de 40 do presente seculo os especialistas em

fundacoes de barragens "descobriam" que como um paradoxo, as

fundacoes rochosas se constituiam as mais complexas e como tal,

as mais dificeis.

Foi com o desenvolvimento da Mecanica das Rochas e

com o"pacto-de-amizade" entre a Mecanica dos Solos e a Geologia,

advindo dal a criagdo de um novo campo de estudos, a Geologia '

de Engenharia, quo fundamentos mais precisos foram comprovados

sob a luz de uma analise matematica racional e a sua ratifica

qdo na pratica.

Ainda assim, as divergencias subsistem, por foraa da

complexidade.

A extrema anisotropia do manto litico, desde a sua

formacao cristalografica ate os fenomenos fisicos que o afetam,

296

como as fissuras , as diaclases , as falhas , as expansoes, os re-

jeitos e uma serie infindavel de fenomenos fisicos e quimicos, e asso

ciados, tornam uma fundacao rochosa um prot6tipo. Talvez seja es

to a razao mor de tao apaixonante :

0 Professor Victor de Mello na sua Rankine Lecture

traduz de forma correta, toda a problematica de um tratamento de

uma fundacao: "One must caution the designer, that a mental mo

del applicable to one type of rock and foundation condition may

be quite inapplicable to another type of rock and foundation".

Resta ao estudioso , ao fim,submeter - se as hip6teses

simplificadoras.

2.1.1 - Tratamento das Fundacoes Rochosas :

E consagrado pela boa tecnica o tratamento das funda

toes rochosas das barragens de terra, como consistindo de uma

serie de atividades , naturalmente sequcnciada como : sondagens

preliminares , ensaios de perdas -dagua, injecao de solucao obtura

dora, e comprova4ao das injecoes por meio de novos ensaios de

perda dagua.

Surge de pronto a pergunta formulada por Houlsby

"Quando e ate quando injetar ? :... " Uma tecnologia aparente

mente tao simples e na verdade uma das tecnicas mais complexas.

Tao complexa clue americanos corn sou o` max = 0,25 Kg/cm2.m e

europeus corn Cr = 1,00 Kg/cm2 .m divergem por diferencas inmax

concebiveis . Os primeiros , conservadores por forma de uma acomo

dacao pr6pria dos empreitantes que nao alteram uma posigdo que

lhes da confianga se algo prejudicial nao venha acontecer, a

partir dos muitos resultados positivos que obtiveram no passa-

do. Os europeus, pela lideranca dos empreiteiros que, apoiados

numa pesquisa continuada , procuram o melhor corn maior proveito '

economico.

Quem esta certo? Sera a impermeabilizagao o fator

fundamental e unico a ser procurado no tratamento de uma fundacao?

297

i

A pressao maxima europeia, de 1 kg/cm2.m, apelando para o com-

portamento elastico de uma rocha estara correta?

0 Prof . Costa Nunes, adota variacao linear para a

pressao , a expressao:

p = a + bx

p - pressao maxima (kg/cm)

x - profundidade (m)

onde a depende da natureza da rocha e b e igual a 1/10 da mas-

sa especifica da rocha. Para granitos gnaisse, a = 2 kg/cm2.

Pressoes acima das usuais, foram por vezes, aplica-

das, Como no caso de Allt na Lairige, cuja presao maxima atin-

giu 18,89 kg/cm2.m, ensaio efetuado por Jaeger, sobre a rocha

de fundacao.

0 Autor vem trabalhando em fundacoes de barragens

ha mais de duas decadas. Na sua vivencia tem observado compor

tamentos anomalos para os diversos tipos de rochas com as quais

teve oportunidade de tratar.

Enquanto o micaxisto na barragem do Araras, no Cea

ra, mal admitia a taxa maxima americana, ensaios feitos no are

nito da barragem Brumado, na Bahia, fora da area da fundagdo ,

demonstravam, gracas a extensometros a menos de 1,00m do furo

de ensaio, que pressoes superiores a 10 kg/cm2 no afetavam a

regiao circunvizinha.

Nao e s6 pois, a adocao de pressoes escolhidas, mas

uma analise acuidada de uma associacao de parametros, aliados

ao estabelecimento de uma descarga freatica minima, abaixo da

qual nao mais importa tratar a fundacao.

E verdade que sao poucos os exemplos citados em que

o manto rochoso moveu-se ou rompeu-se por foraa das pressoes de

injec6es. Zaruba, segundo Jaeger cita algumas deformacoes de

0,05 a 0,05 mm sob pressao de 3 a 6 kg/cm2.

Cremos que o criterio mais recional e tomar por

298

base, ate quao importante e a descarga freatica que se franquea

ra a fundacao, ap6s tratada. Para determinados projetos, uma

descarga freatica atraves da fundacao, e, nao s6 benefica, mas

complemento de uma maior, obtida por meio de hidromecanicos,

para a regularizacao do vale a jusante.

Nestas circunstancias, press6es de 0,4 Kg/cm2. in, em

migmatitos gnaisses e arenitos tem sido adotadas pelo Autor,

limitadas a uma profundidade de ate 2/3 da carga hidraulica'

na segao, ate uma obturacao de 3 a S Lugeons para barra

gens de terra.

Outro parametro limitante utilizado pelo Autor

a carga hidraulica minima de 3 metros.

Com a execucao maxima de 3 linhas de injecao, em 5

estagios na pior situacao as respostas no caso de migmatitos '

tern correspondido, como o atestam as comprovacoes atraves dos

ensaios de perda dagua.

2.1.2 - Limpeza da Rocha de Fundacao:

Ao contrario do que muitos exageram, os cuidados

com o jateamento de ar ou agua sobre a superficie rochosa

deve se ater a procura de fendas superficiais que fiquem '

mascaradas pela alteracao ou residuos da limpeza. Nunca para

se assegurar perfeita interligacao rocha "versus" macigo sili-

co-argiloso. Uma eventual transicao rocha x residuo de altera-

cao x macico, nao diminuira as condig6es geomecanicas ou hidrau

licas do macigo. Notadamente sob o aspecto hidraulico em que

uma fratura por acomodacao do material de transigao seria loca

lizada extendendo-se, "in extremis", ate sua interceptanao pelo

filtro.

3 - Fundoes Aluvionares :

Estas sao mais faceis de serem trabalhadas. 0 septo

estanque interceptando o aluviao ate" a rocha tera sua funca-o im

permeabilizante incrementada pelo pr6prio aluviao confinante.

299

No Nordeste Brasileiro os aluvioes acumulados no leito

dos rios, decorrentes das alteracoes periodo chuvoso,periodo se

co, dao margem a uma operacao facil,na execucao da fundacao no

aluviao, gragas a intermitencia dos cursos ddgua.

0 processo mais usual, e simplesmente a escavacao do

aluviao ate a rocha, normalmente situada de- 3,00 a - 8,00 m.

Quando aparece o lencol freatico e que na maioria das

vezes e hidrostatico, consequencia de depress6es topograficas

da superficie rochosa no leito do rio, a solugdo mais simples

a execugao de duas cortinas argilosas, dentro do aluviao, a mon

tante e a jusante da fundagdo.

Quando ocorre um fluxo subsuperficial, como aconteceu

na barragem Farias de Souza, em Nova Russas, Ceara, o aterro si

lico-argiloso, langado interceptando o aluviao pode ser feito

por etapas.

Por fim, o Autor tem adotado cow norma,projetar e execu-

tar as barragens de terra em aluviao, alargando a cava de funda

gdo desde o "off-set" de montante ate o eixo da barragem. Este

procedimento oferece uma maior seguranga a descargas exageradas

atraves da fundagao, sem a extrema necessidade de tratamento no

caso de barragens de ate 30 m e a um custo adicional insignifi

cante.

Evidente que a geologia da fundagdo ditara a solucao

final.

4. - Macigos Silicos-Argilosos :

Na execugdo dos macicos em barragens de terra, conti

nua sendo adotada a mesma tecnica dos ultimos 30 anos, com Va

riacoes em funcao dos novos equipamentos.

0 Controle, gragas ao Metodo de Hilf, tornou mais agil,

o processo de liberagdo das camadas.

Dentro do que se pode convencionar de solos comuns, a

execugao dos macigos terrosos nao apresentam maiores problemas.

300

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Estes problemas passam a surgir na medida que os parametros geo-

tecnicos , se afastam do convencional . E o caso das lateritas'

dos filitos , dos saprolitos.

4.1 - Solos \a-0. ("onvencionais :

Embora a secao ideal de uma barragem seja a homoge--

nea, razoes econ6micas afastam a secao "as built " da projetada,

a medida que os solos escasseiam e/ou distancias do transporte

aumentam.

Surge,entao a necessidade da utilizacao dos solos nao

convencionais , tendo-se em mente que o projeto com a utilizacao'

maxima dos solos circunvizinhos a obra, deem margem a um proje

to simples , econ6mico , com disposigao apropriada a minimizar as

fraturas internas e, consequentemente , evitar o surgimento de

"pipings ", fruto de pressoes de percolacao excessivas, eros6es

bem como se manter estavel , sob as diversas condicoes de opera

gdo Para as quais foi calculada.

4.1.1 - Solos Lateriticos:

0 Autor tem experiencia em macico construldo com la

terita.

Sob o aspecto estabilidade.os seus parametros geotec

nicos the emprestam condicoes comparaveis a um GC, superior aos

Sc.

Possui permeabilidade superior a 10-6 cm/s, sua granu

lometria com uniformidade bem distribuida , assegura - lhe auto-col

matacao, ocorrendo mui dificilmente "piping".

Como aspectos negativos podem ser citados:

a) - alteracao fisico-quimica em presenca da agua. Tais altera

toes provocam a liberacao de particulas finas, inferiores a

peneira 200, com predominancia de ferro- manganes tendendo

a se alojar no filtro chamine colmatando-o, consequentemente.

A solucao que encontramos foi projetar um filtro

duplo, de modo que , admitindo uma inteira obstrucao do

303

primeiro filtro, apos decadas de operacao da barragem, o segun-

do filtro passasse a funcionar, aumentando, em conseque-ncia

a vida util da barragem,sem problcmas dc surgencia a jusante.

4.1.2 - Filitos Decompostos :

0 filito, rocha metamorfica, intermedio entre o mica

xisto e a ard6sia se caracteriza por uma granulacao fina, cons

titulda por mica, quartzo e clorita, com macroestrutura

folheada. De aspecto sedoso, gragas a sericita sua consti

tuicao oferece condicoes de facil intemperismo, na presenca do

ar. Contudo a sua textura di margem, normalmente a uma intern

perizacao gradual, sem discontinuidade. Assim, os solos madu

ros, oriundos do filito possuem um horizonte praticamente cons

tante, seguindo-se alteracao do solo, rocha decomposta e rocha

sa. Ate este ultimo limite, o horizonte varia de 1,00m a 1,50m.

Esta e a observacao verificada no Nordeste Brasileiro, onde

ocorre o filito. Estas ocorrencias localizam-se no oeste de

Pernambuco, sul do Ceara e sudoeste da Paraiba.

Ocorrencias de filitos, associadas a calcareos se dao

em Alagoas e Sergipe : No Piaui ocorrem associados a siltitos e

argilitos.0 Autor, a partir da construcao das barragens Riacho

dos Carneiros, em Juazeiro do Norte, Ceara e da barragem de Je

nipapeiro, em Olho d'agua, Pb, chegou as seguintes conclusoes:

1) - 0 horizonte de alteragdo do filito e uniforme, va

riando de, no maximo, 0,50 m.

2) - A escavagdo do horizonte decomposto, resulta em um

solo com predominancia pedregulhosa, aparentemente impropria

para a execucao dos macigos .

3) - A sua umidade otima gira em torno de 15 a 17%.

4) - Ap6s umedecido , gradeado e compactado, em camada de

0,30 m transforma - se num solo tipo SM, facilmente compactado

304

com 8 passagens de um rolo do tipo CA-25 da DYNAPAC,

5) - 0 controle da compactacao pode ser feito, na maio-

ria dos casos, polo h1etodo Proctor-Hilf.

6) - Ensaios Matsuo levados a cabo, revelaram permeabi-

lidade, " in situ" da ordem de 10-6 cm/s.

7) - Vas barragens citadas foram executados nucleos de

material mais argiloso. Contudo, a experiencia induz a se asse

gurar confiabilidade no macico homogeneo com a colocacao dos

filtros horizontal e vertical, usuais.

4. ) - H i tres

0 Autor, ao longo de quase 3 decadas de atuacao no

campo de barragens de terra, tem observado o comportamento qua

se sempre fora das previsoes,dos macigos, quanto a descarga

freatica esperada, funcao da carga hidraulica oriunda do lago

formado.

No caso da barragem de Caxitore com 25 m de altu

ra executada em material SC, com permeabilidade de 10 - 7 cm/s, Se

gundo Darcy, a descarga freatica deveria atingir o tapete fil

trante, ap6s cerca de 10 anos.

No segundo ano, ap6s o enchimento do lago, surgiu

uma descarga freatica atraves do "rock-fill", de proporcoes re

duzidas, com agua limpida , mas,ainda assim, contrariando os cal

cubs analiticos.

A barragem Caxitore, no municipio de Uruburetama ,

Ceara foi executada em 2 etapas, de modo a se enfrentar a fase

da cheia do rio, com o paramento de montante em cota de seguran

ca. Assim, construiu-se o macico, na la. fase conforme figura

3, ate a cota 67,50, com um coroamento de 12,00 m; o talude

de jusante de 1:1, ficando a parte restante para ser execu

tada no periodo invernoso, com o rio desviado por canal cons-

truido na margem direita, onde se implantaria a tomada dagua.

305

i

306

Ap6s atingida a cota 67,50 m, pelo lado de montante, os traba-

lhos foram concentrados na parte de jusante.

A ombreira esquerda da barragem e bastante ingreme!

com inclinacoes superiores a 459.

A temperatura varia na regiao entre 209C,e 409C, ti

pico de clima semi-arido.

Estas condicoes, aliadas ao tipo de solo SC com mais

de 15% da fracao, constituido de argila, levaram a retracaodo

macico, surgindo uma fissura de cerca de 3cm, na secao coinci

dente com a margem esquerda do leito do rio, onde comeca a om

breira esquerda.

A barragem estava sem agua e a fissura foi tratada

com calda de argila, peneirada do pr6prio solo, nao se consti

tuindo maior problema.

0 surgimento de uma descarga freatica, apos o enchi

mento do lago, induz a se concluir que outras fissuras internas

existiam no macico, nao aumentando a descarga, gracas a uma

auto-colmataca`o do macico, amparado no filtro construido.

A acao do filtro na diminuica-o ou eliminagdo do es

tado de colapso de um macico silico- argiloso tem sido verifi

cado em outras ocasio-es.

Na barragem de Pogo Verde,em Itapipoca, Ceara com

cerca de 20 m de altura, na cheia de 1959, a falta de drenagem

a montante, aliada a deficiencia da compactacao do macico fo

ram impotentes a rutura do macigo, gragas a acao do fil

tro.

Fato deveras interessante ocorreu na Barragem Ser

ra Branca II, em Serra Branca, Paraiba.

0 macico e constituido de solo com granulometria '

bem distribuida, desde 1" at6 30% em media, passando na pe

neira n9 200. 0 solo, SM1/SC, apresentou-se, em parte como NP.

originario de gnaisse predominante na regiao.

Amostras obtidas no macigo comprovaram a baixa

307

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compactacao de camadas no macigo aliada a excessiva umidade.

Quando da primeira enchente do lago, verificou-se '

uma descarga excessiva atraves da fundacao aliada a saturacao do

talude de jusante seguindo-se uma acomodacao generalizado do maci

go, com diminuigao gradativa das descargas observadas.

A conclusao a que se chegou e c,ue as condicoes au

to-filtrantes do macico tornaram a situagdo de alerta em condi

gao de perfeita estabilidade.

0 Autor conclui que o dispositivo mais importante '

de uma barragem e o sistema filtrante notadamente o filtro cha

mine, responsavel pela seguranca da barragem, no caso de fraturas

hidraulicas a montante do mesmo.

A dimensao de um filtro, por decadas, tem obedeci

do aos criterios do U.S. Bureau of Reclamation.

Estudos recentes levados a cabo pelo Soil Conserva-

tion e pelo Prof. Sherard, concluem que os filtros devem ser

projetados, com base na dimensao da particula do material de fil

tro, correspondents a 15% em peso do material passando na se

rie Tyler, D15f. A partir deste criterio, os solos para dimen-

sionamento dos filtros sao classificados em 4 grupos:

19 Grupo - siltes e argilas com com mais de 85% em peso

passando na peneira N° 200

D15f 9D85b

29 Grupo - Solos com 40 a 850, em peso , passando na peneira

N° 200:

D15f 0,7 mm

39 Grupo - Solos com 150 ou menos, em peso, passando na

peneira N4 200:

D15f - 4 D85b.

308

49 Grupo: - Solos com 15 a 40% passando na peneira N4 200:

D15f - obtido por interpolagdo da reta tracada pe

los pontos langados a partir dos grupos 29 e 39.

Os criterios acima, na verdade nao contestam ague

les do U.S. Bureau of Reclamation ou Armv Corps. Eles sao fruto

de uma pesquisa criteriosa dirigida no sentido de previnir fugas

de particulas finas, no caso de fraturas hidraulicas.

0 Autor opta por analisar as resultados da juncao

dos dois criterios, Bureau e S.C. Service, pois as mesmos podem

ser conciliados.

Quanto ao paralelismo entre as curvas dos materi-

ais de base e do filtro, cremos que poucas barragens tern observa

do tal. Contudo, de um modo geral, os filtros respondem satisfa-

toriamente.

5) - Rock-Fill:

E usual no DNOCS, projetar-se o enrocamento-de- pe

de jusante de uma barragem de terra, com cerca de 1/3 de sua

altura maxima.

Ate certo ponto, este criterio tern alguma l6gica

se tornado como um alerta para que o desmonte de rocha efetuado

no sangradouro e obras complementares, seja aproveitado na bar-

ragem.

Quanto a outros aspectos, o rock-fill deve com-

preender somente a espessura do tapete filtrante funcionando co

mo um dreno.

6) - Protcgdo do Montante:

E, indubitavelmente, o rip-rap de pedra jogada, a

mais eficiente protecao ao combate da acao das vagas sobre o pa-

ramento de montante.As fermulas existentes sao empiricas e diver

gem entre si, no calculo da espessura do rip-rap. Tanto as for

mulas de Stevenson, quanto a de Molitor ou Gaillard, para o cal

culo da onda maxima e seu deslocamento carecem de fundamento te6

309

ff ^.^^u:^+:sem

rico comprovado, uma vez que ao serem propostas por Comissoes

Especiais criadas pela ASCE e pelo Army Corps, em 1949,poucos

dados existiam sobre os procedimentos prescritos.

Ap6s 40 anos continua a ser adotada uma formula

empirica com termo, na sua expressao analitica, elevada a quar

to potencia, como a formula Molitor, sem se pesquisar o grau

de validade da mesma. Menos espessura significa menos onus

para a obra.

0 Autor, a cerca de 10 anos, passou a adotar nos

seus projetos, o "rip-rap" executado sem a classica transicao,

mas Como um "tout-venant".

Houve oportunidade de se observar a gradacao gra

nulometrica do "rip-rap", ap6s alguns anos de funcionamento,'

constatando-se uma perfeita variacao na mesma.

A espessura minima para o rip-rap, sem a execucao

do berco de areia, por razoes construtivas, no deve ser infe

rior a 0,50 m. E o diimetro maximo da rocha nao deve ultra-

passar a 2/3 da espessura. Evidente que no caso de seixos

rolados, e blocos no detonados e indispensavel a transicao

em areia.

7) - Conclusao :

A tecnologia desenvolvida ate o presente, para o

projeto e construcao de uma barragem de terra atingiu um esta

gio que, apesar de uma certa dose de empirismo, ainda assim o

produto final e, em geral de boa qualidade.

Devemos contudo, louvar as pesquisas, com base em

experimentos que levam a comprovacao da tecnologia analisada,

melhorando as caracteristicas tecnicas e econ6micas da obra.

8) - Resumo:

0 sucesso obtido no campo tecnol6gico das obra.s

hidraulicas, notadamente das barragens de terra tem imposto a

manutencao de certas tecnicas construtivas e de projeto, ainda que

310

sua utilizacao se imponha as vezes, mais por tradicao do que

por comprovadao te6rica.

A introducao de concepcao modernas quebrando aquela

tradicao as vezes com emprego de novas tecnologias deve ser '

motivo de aplausos quando se dd por Lorca de acuradas and

lises comprovadas no campo.

311

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