X1' SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS

RIO DE JANEIRO

NOVEMBRO 1983

APROVEITAMENTO HIDRELETRICO DE TUCURUr

ATERRO DE CASCALHO NAO COESIVO;

PROTECAO DE TALUDE COM CASCALHO;

PROTECAO DE TALUDE COM SOLO-CIMENTO.

TEMA IV

ENG° LEIRE CAMPITELLI

Cons6rcio Engevix-Themag / Centrais

E1etricas do Norte do Brasil - SA

UHE TUCURUr

INTRODUcAO

A Usina Hidreletrica Tucurui esta localizada no Baixo

Rio Tocantins, na altura do Paralelo 49 em regiao de baixas

altitudes.

Alem do corpo principal da barragem, foram definidas

algumas estruturas secundarias em selas topograficas na pe-

riferia do reservatorio.Na margem direita, a 20 quilometros da barragem,loca-

li:am-se os Diques do Moju, objetos deste relat6rio.

A figura I abaixo e uma planta geral da regiao.

FIG 1 - LOCALIZA;IO DA USINA HIDRELETRICA TUCURUI

TOPOGRAFIA

Os diques do Moju estao situados no divisor de aguas

entre as Bacias dos rios Tocantins e Moju, em um vale aber-

301

to, de topografia suavemente ondulada , coerente cony o res-

tante da regiao.

A figura 2 mostra a topografia e a situacao relativa

dos dois diques.

A cota 67,00 e a mais baixa encontrada nos diques. Co

mo a cota final dos diques e 78,00, a altura maxima a de

11,0m.

2

FIG 2 - TOPOGRAFIA NA REGIAO DOS DIQUES

PLANTA

.A extensao dos diques e de 1715m para o dique 1 e

2065m para o dique 2.

3. GEOLOGIA

0 rio Tocantins marca o limite oriental da formacao

Barreiras, na regiao. 0 capeamento aluvionar da formacao

Barreiras (Terciario) esta apoiado sobre um substrato de

302

I

rocha metamorfica - filitos - do Pre Cambriano Superior.

0 local de implantacao dos diques e um trecho de anti

go leito do rio Tocantins onde todo o capeamento terciario

foi removido ate o substrato de filito e preenchido com alu

vines recentes inconsolidados (cascalho, areia e areias ar-

gilosas).

0 perfil geol6gico da figura 3 mostra as caracterfsti

cas mais marcantes ao longo do eixo dos dois diquesl

DIOUC 2 DIGUE 1

n

• n n • n

• AMILA " TICA • • .• n • n • • n

1 1^^ nn n 1 1 1 n n l 1_1 n 1 ^_. •11._L1. ♦ il. ^ 1 n

FIG 3 - PERFIL GEOLOGICO AO LONGO DO EIXO X DIQUE3

Ap6s o preenchimento do antigo canal, ocorreu uma ci-

mentacao em parte da espessura de cascalho e areia criando

o horizonte de arenito conglomeratico clue aparece no perfil

geol6gico. Esse arenito tem seu topo proximo ao nfvel do

terreno a sua espessura e variavel, atingindo os 10,0m.

Durante o perfodo de observacao o lencol freatico se

manteve proximo ao nfvel do arenito conglomeratico.

A permeabilidade do cascalho arenoso varia entre

10-2cm/seg para cascalho limpo ate 10-5cm/seg em alguns pon

tos do arenito conglomeratico com uma preponderancia devalo

res entre 10-2 e 10-3cm/seg.

303

As margens do antigo leito sao atualmente caracteriza

das pelo recobrimento do aluviao limpo com um capeamento de

aluvioes de areia fina e media argilosa .

0 capeamento de areia argilosa se estende nas duas

margens nao estando estabelecidos seus limiteS.

MATERIAI S DE CONSTRUCAO

•

t 70

Os materiais de construcao disponfveis na regiao sao

provenientes do terraco aluvionar quaternario onde ocorrem

desde cascalhos limpos ate as areias medias argilosas plas-

ticas.

A figura 4 mostra as caracterfsticas granulometricas

dos materiais.

r IRA A Tr b a Yr

-

C l i7TiT} + _ _

r- 1 _7 .1 IL_' IT TI 1 11 1 IX-J--

1 AG_An 7TrT^ MC-lY C

M

Imo; ¢!= } I =JA E -07 _WV

. , P, l RFHjH }

(M I

DIAIIETIIO DOS $RAO$ (M)

A610 AMOILA SILTS AAEIA ► INA AIKIANiDIA 'E01WAMMO

FIGURA 04 - ORANULOMETRIA DOS MATERIALS DO ALUVIAO QUATERNARIO

5. CONCEPCAO DO PROJETO

A secao tipica do aterro dos diques a mostrada na fi-

gura S. Nessa segao estao detalhados os aspectos particula-

res da estrutura:

- Aterro construfdo com cascalho limpo compac-

tado;

- Protecao do talude de jusante com cascalho e

304

I

- Protecao do talude de montante com solo-ci-

mento.

E TRINCHEIRA

DE DRENAGEM

X X X I I I x x x n x x xx Yx'x-`1 x x x x

60 - I • Y Yr n vYr]vit'Y Y^ Y. Y Y V -

^LINHA DE REFERENCIA

50M 40M 30M 20M AOM 0 10d 20d 30d 40d 50J(m)

FIGURA 05-SErAO TIPICA DO DIQUE DO MOJU

A concepcao do projeto utilizando o cascalho arenoso,

alem do aproveitamento 6timo das condicoes locais, permitiu

que o infcio da construcao do aterro compactado ocorresse

em pleno perfodo de chuvas do ano de 1982 permitindo:

Aproveitamento de equipamento parado e

Antecipa4ao de volumes em um ano - 1982 - cu

jo cronograma previa patamares de producao

e::t remamente exigentes.

0 tipo de fundacao permitiu ainda uma grande simplifi

cacao construtiva com a dispensa de escavacoes de porte.

6. ATERRO DE CASCALIIO

Em vista da disponibilidade de volumes elevados de

cascalho, situado a uma distancia de transporte bastante con

veniente, optou-se pela utiliza^ao desse material como cor-

po resistente do aterro.

0 primeiro passo para sua utilizanao foi a execucao

de um aterro experimental visando obter informacoes sobre:

Metodologia de construcao;

Metodologia de controle do aterro acabado e

Caracterfsticas do aterro pronto.

0 aterro executado permitiu concluir que:

- Os metodos convencionais de construcao de

JUSANTE

305

filtros podem ser aplicados para grandes vo-

lumes;

0 moto-scraper foi utilizado com sucesso ten

do superado os seguintes problemas:

- Lencol freatico aflorante e

- Trafego sobre cascalho fofo. A foto 01 mos

tra o moto-scraper CAT 631 operando com o

lengol d'agua aflorante:

Os rolos vibrat6rios lisos ou com patas, com

tragao Drum Drive, tipo Dynapac CA 25D ou PD,

mostraram -se aptos a executar o servigo de

compactacao;

0 espalhamento foi feito com trator de estei

ra e o acerto final da camada com patrol;

E dispensavel a molhagem para compactacao do

cascalho arenoso ou mesmo da areia;

0 controle de compactagao foi feito atraves'

do ensaio de compacidade relativa com deter-

minagao de densidade secas maximas e minimas

para cada ensaio;

0 aterro pronto apresenta um aspecto homoge-

neo a observacao visual efetuada em paredes

de trincheira . Apresenta tambem excelente ca

pacidade de suporte ao trafego;

306

- Uma superffcie compactada exposta as intem-

peries por tempo prolongado, se torna fofa,

impedindo o trafego de vefculos leves. Esse

fenomeno e comum tambem na construcao de fil

tros de arcia.

As caracterfsticas de compacidade, granulometria e

permeabilidade do aterro pronto sao mostradas no anexo 1.

7. PROTECAO DO TALUDE DE JUSANTE

As prote^oes convencionais do talude de jusante con-

tra as intemperies foram descartadas pelas seguintes ra-

zoes:

- Grama - 0 material do talude sendo constituido de

cascalho limpo esteril exigiria, para sobre

vivencia da grama, a colocacao de uma cama-

da mais ou menos espessa de material conten

do argila. Esse material, alem de criarmais

um zoneamento, viria impermeabilizar o talu

de, criando condicoes indesejaveis para a

estabilidade do aterro:

- Rocha - Distancia de transporte excessivamente Ton-

ga e

- Talude abatido ate inclinag6es suaves - Exigiria vo

lumes adicionais.

Em uma exploracao das proximidades do dique, notou-se

que alguns montes de cascalho, com taludes bastante Ingre-

mes da ordem de 1V:1,5H, apresentavam-se inc6lumes, apos

varios anos, tendo ultrapassado pelo menos dois perfodos de

chuvas que, na regiao,sao intensas. Notou-se tambem que a

superffcie era coberta por graos grossos, tendo desapareci

do toda fracao fina. Imediatamente abaixo da superffcie vol

tava a granulometria normal do cascalho. Provavelmente a

fracao fina foi acomodada pela acao das gotas de chuva e,em

parte, removida pela acao do vento.

A inexistencia de dep6sitos no pe do talude mostra

que naq houve carreamento de material da superffcie.

0 talude de jusante do dique foi projetado para uma

declividade de 1V:2,2H, bastante mais abatido que os talu-

des observados.

307

A foto OZ mostra o aspecto do talude exposto.

Admite-se que a alta permeabilidade do aterro exposto ab

sorvera a agua de chuva encaminhando-a para niveis inferio-

res, mantendo a integridade do aterro.

A permeabilidade do aterro medida com ensaios in situ

e de laborat6rio foi % 10-2cm/seg.

A figura 6 mostrada a seguir, ilustra o comportamento

das linhas de percolagao e a drenagem preVista que absorve-

ra a elevagdo dos niveis piezometricos no aterro de casca-

lho, impedindo seu afloramento e eventual erosao do talude.

COTA(m)

80 r

75-

70-

V"LINHAS DE

PERCOLACAO

FIGURA 06 -PERCOLACAO E DRENAGEM

CHUVA INTENSA

308

Ap6s a construcao do aterro experimental com cascalho.

seus taludes foram preservados para observadao. Um dos ta-

ludes foi limpo e regularizado na inclinacao 1V:2H em mate-

rial compactado. Outros dois taludes permaneceram conforme

o processo construtivo os deixou, isto e, sem remocao do ma

terial solto e com irregularidades.

Ap6s um ano de observadao e ap6s um perlodo de chuvas,

os taludes do aterro nao mostraram sinais de erosao.

A foto 3 mostra os taludes do aterro experimental a-

pos um ano de exposicao.

Os diques 1 e 2 foram iniciados em 1982 e os trechos

de cascalho arenoso estao executados ate a cota 76,00. Os

taludes ficaram expostos desde marco de 1982. Em meados de

Wit d@ 198) o DiQ u@ 1 apres entou fllg uma erocao, enQuantoo Dique 2 nao apresentou nenhuma. As erosoes apresentadas

pelo Dique 1 resultaram de concentracao de fluxo ocorridas

no topo do aterro.

Algumas das erosoes observadas expuseram o material

compactado.

As observacoes continuam.

0 atual talude esta submetido a situacoes bem mais se

veras que o definitivo. Neste havera protegao e drenagem do

topo, eliminando as concentracoes de fluxo.

309

s, PROTL AO DO TALUDE DL MONTANTL

Devido a inexistencia de rocha nas proximidades dos

diques, optou-se pela execucao da protecao do talude de mon

tante em solo-cimento compactado.

0 solo-cimento, material de utilizacao corriqueira em

estradas, ja vem sendo utilizado em outros paises como pro

tecao de taludes molhados de barragem.

A Eletronorte vem estimulando o aperfeigoamento da

tecnologia de solo-cimento para use em barragens, a partir

da tecnologia de estradas, j a amplamente implementada no Bra-

sil. Para 1550 montou, com auxilio do Consorcio Projetista

Themag-Engevix, um esquema para obtencao de informacoes que

conduzam ao conhecimento detalhado dos aspectos tecnicos,lo

gfsticos e economicos relativos a definicao, construcao e

comportamento dos macicos de solo-cimento.

0 esquema montado leva em conta:

- Especificacoes para definicao de material e dosagem

de cimento;

- Especificacao para construcao do aterro;

- Definicao de geometrias compativeis com equipamen-

tos existente;

- Especificagao de parametros do aterro pronto;

- EcpecificaCh d@ controles do aterro pronto;Acervo de dados sobre operacao e produtividade da

usina e demais equipamentos e

Analise economica final.

• n n M M II n n • . M . N Y n +^

FIGURA 07 -GEOMETRIA DO PARAMENTO DE SOLO-CIMENTO

310

A geometria do aterro de solo-cimento esta definida.

na Figura 7. As dimensoes indicadas foram consideradas mini

mas e ainda assim compativeis com os equipamentos e proces

sas construtivos correntes.

A mistura do solo com o cimento sera feita em usina.

As dosagens feitas para definicao dos materiais de em

prestimo levaram a um virtual empate entre os solos da area

de emprestimo 07 e 09. Ambos sao areias finas e medias argi

losas, com diametro m5ximo de lmm e fracao silte insignifi-

cante. As granulometrias e resultados de dosagens constam

dos anexos 2 e 3, respectivamente, para materiais das areas

07 e 09.

A escolha final recaiu sobre a area 07, devido aos se

guintes fatores:

- Ligeira vantagem dos solos menos argilosos em ter-

mos de homogeneizagdo da mistura do solo com o ci-

mento;

- Area de emprestimo com volumes adequados e acentua-

da homogeinidade quanto a granulometria e

- A area escolhida esta pr6xima a estrada PA-263 sim-

plificando a logistica da usina e equipamentos.

0 impacto das ondas sobre o talude pode ser avaliado

pelas seguintes caracteristicas do lago na regiao dos di-

ques:

VENTO N. A. COTAALTURA DA

ONDIA(M

A LCA MENTO - (m )

TALUDE L I SO DEGRAU DER Uvivo

72,00 3,12 5,55 4,74 -

SUL 74, 00 1,68 2,99 2,55 -

75,30 I, 13 2,20 1,86 -

OUAL UER72,00 3,12 5,7 1 4,96 3,68

O74,00 2, 22 3,92 3,38 2,51

DIR EFAO75,30 1,50 2,90 2,50 1,85

FIG 06 -ALTURA DE ONDA E ALgAMENTO -TALUDE 1V: 2,5 H

- Fetch-5,2km

- Velocidade dos ventos dominantes na diregao do.

311

fetch - 84,0m/seg.

- Duracao dos ventos na diregdo do fetch < 1 hora.

Disso tudo resultaram ondas de 2,24m de altura.

0 free-board do dique, para N.A. Maximo Maximorum e

de 4,0m.

Essas condicoes anarecem resumidas nas figuras 8 e 9.

FIG 09 -ONDAS E ALQAMENTO

A capacidade de algamento das ondas definidas acima,

em talude liso de inclinacao 1V:2,5 6 de 3,92m.

Para talude em degraus arredondados e' de 3,38m e Pa-

ra talude em degraus 6 de 2,51m.

A figura 9 mostra o algamento das ondas sobre o talu-

de do dique.

0 talude de montante dos diques sera em degraus. Sua

definidao final, arredondados ou nao, sera feita apos os tes

tes de compactacao previstos segundo diversos processos cons

trutivos. Serao testados os seguintes processos:

- Adaptacao de flange ao cilindro do rolo compactador,

- Dispositivo de compactacao lateral acionado hidrau-

licamente;

- Compactacao com pneus de equipamento de terraplena-

gem e

- Compactacao corrente em excesso e corte ate o mate-

rial compactado.

Os diferentes processos serao comparados quanto a efi

cier.cia e custo.

9. RE FERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

1. Dique do Moju - Aterro Experimental com Cascalha

312

Arenoso

Eletronorte - 1982.

2. Projeto do Dique da Margem Direita (Moju)

Eletronorte - Junho de 1982

3. Estudos Geologico Geotecnicos da Area de Implanta

cao do Dique da Margem Direita

Eletronorte 1976

4. Geologia Local - Relat6rio Final

Eletronorte 1976

RESUMO

Os diques do Moju, no limite ocidental do reservat6

rio da Usina Hidreletrica Tucuruf, estao assentados sobre

uma espessa camada de aluvioes recentes de alta permeabili-

dade.

Devido a sua distancia de fontes de materiais conven-

cionais, foram adotadas algumas solucoes dignas de registro,

na construcao dos aterros Essas solucoes sao:

- Construcao do corpo do aterro em cascalho

limpo:

arenoso

- Protecao do talude de montante com solo- cimento com

pactado em substituicao ao Rip Rap e

- Protegao do talude de jusante co«: cascalho grosso,

nao coesivo, que, unindo sua resistencia a erosao

pluvial e eolica, a sua elevada permeabilidade, con

fere ao talude a protecao suficiente contra chuvas.

Essas inovacoes, ainda que nao espetaculares, sao pas

sos positivos na construcao do acervo de informagbes neces-

sario ao avango sobre a fronteira amazonica. Esse avango se

ra conseguido a custa de informa46es.

E esse o significado das inovacoes e experiencias for

necidas por Tucuruf.

313

ANEXO 01 - ATERRO DE CASCALHO - RESUMO

30

40

a°

w toIL

0

N n 40

I(••3,990c. t 14,! I

-Al--- o0

710

SO

4Q

30

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I

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I

10

100 110 120

COMPACIDADE RELATIVA (%)

400

.9

s

W

O

e0

IRAS AST M b 4 N4'N' OX 2"

.

r

fAI XA DE OCORRENCIA DAS CURVAS

ORANULOMETRICAS COM 93% DE

70 F=TTr r^Jrz 1 A-, rAn r r rrr H if -41''

80

a so

40

10

- , - - _ ^i

FAIXA DE OCORRiNCIA DAS MEDIAS

COY 95 % DE CONFIANC,A. -

.1_1 i L _ 11 It . ._ _

TT-59799 2 7 4 5 0 789 2 3 4597

0,1 4

OIAMETRO DOS GRAOS (9rn1

ABNT ARCILA SILTE AREIA FINA ARE LA MEDIA (3fil6SA ?fOREQ1LM0

ORANULOMETRIA

TWO DE ENSAIO PERMEABILIDADE - K20 NQ DE ENSAIOS

IN SITU 4,40, 10-2 of

LABORAT6RIO 2,46x10-2 42

PERMEABILIDADE

400

315

w

2

ANEX0 02- SOLO-CMilENTO - MATERIAL DA AREA 07

A T IND 10

GRANULOMETRIA

U J4

I')

aI-z

1 i 3 4

04oAirETRO 00$ I S (..!

ABNT ARGILA SITE A REIA f INA 1 AKIA MEDIA WQMA KO ILNO

ABRAVIO

RESIST NGA A

K

p

TEAR OE CMAENTO - PESO CIO CKNTO °/(iPEl0 00 90X0 SEGO

316

T I

ETAS: A dwobilidode ( r.sisttnca o abrosdo ) a snsoioda stsgundo o

mttodo SC -3 do ABC P

u

ANEXO 03 - SOLO- CIMENTO - MATERIAL DA AREA 09

•ENEIRAS (AST M) ZIO am Im w ^0 10 4

RA O A - NU L ME TRI 90

70

W D a

so I T

+ 'l

_{

T-E I= 10

0.01oat 3 6 6 6769 3 4 S $769

Ol3 4 5 6 T79

BNB AROILA SidE

m

10

00

"METRO DW •Rf06 (6M1)

A R E I A F I N A ARE u NC DIA YIIOEEAT P ORiMIIMO

90 D

ENCW A A8tASAO^URABLIDADE)

RESIST NCIA ACOMPFiESS1L0 SMIPLES

10

LEK7o -TEOA DE CIMENTO -

M 00M Do 90OL0 sccoP0/0

NOTAS : A durobilidide ( resistencio a abrosdo) a ensaioda segundo 0

metodo SC-3 do ABCP

r

317