6 PERCOLAÇÃO PELO ATERRO E DRENAGEM

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Professor: Icaro José Fernandes Santos Bastos
Disciplina: Barragens
Curso: Engenharia Civil
TIPOS DE ACIDENTES 
BASTOS, I. J. F. S. 213/11/2020
Rupturas 
Hidráulicas
Rupturas 
Estruturais
Rupturas 
por 
Percolação
Por que estudar Percolação ? 
BASTOS, I. J. F. S. 3
A Percolação é responsável por 48 a 55% dos acidentes; 
Percolação e Galgamento juntos são responsáveis por 70 a 80% dos 
acidentes. Vale notar que estes dois modos, são responsáveis por 
uma proporção ainda maior dos desastres; 
Os dados de desastres brasileiros confirmam este fato posto 
que seis dentre sete foram devidos a Percolação e Galgamento;
13/11/2020
Como Resultado do Esforço...
BASTOS, I. J. F. S. 4
A incidência de acidentes diminuiu bastante, apesar do aumento da altura 
das barragens e da complexidade de sua construção; 
Apesar de a percolação ser, hoje em dia, o principal modo de acidente, a 
incidência de problemas de percolação em maciços diminuiu sensivelmente;
Já a incidência de problemas de percolação na fundação praticamente não 
mudou.
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Acidentes / Desastres
BASTOS, I. J. F. S. 513/11/2020
Percolação nas Barragens
BASTOS, I. J. F. S. 613/11/2020
As barragens não são obras destinadas a impedir totalmente a 
passagem de água quer por suas fundações quer pelos aterros; 
A questão que se põe é estabelecer se a percolação coloca em 
risco a integridade da obra;
O que se teme é que o fluxo de água promova "erosão interna", 
isto é o arraste ou CARREAMENTO de partículas sólidas ou de 
material em solução. 
E o Carreamento se dá como ?
BASTOS, I. J. F. S. 713/11/2020
De um ponto para outro no interior da barragem ou das fundações 
causando COLMATAÇÃO ou entupimento de elementos drenantes 
fundamentais à estabilidade da obra;
Da barragem para a fundação ou da barragem para fora ou da 
fundação para fora gerando o aparecimento de espaços vazios, 
cavernas e "tubos", para o interior dos quais componentes vitais 
da obra podem colapsar. Neste caso, o fenômeno é denominado 
ENTUBAMENTO (em inglês "piping").
Complicadores no Carreamento
(Rotas de Fluxo Preferencial)
BASTOS, I. J. F. S. 813/11/2020
Falhas, diaclases e outras descontinuidades no material de 
fundação; 
Cavidades no material de fundação; 
Fronteiras hidrogeológicas, como contatos entre formações ou 
estratos com permeabilidades diferentes; 
Veios e camadas com permeabilidade contrastante com o resto da 
massa, como é o caso dos veios quatzosos em rochas granito-
gnáissicas de fundação; 
Camadas mais permeáveis em maciços de terra ou enrocamento, 
resultantes seja de compactação inadequada seja da utilização de 
material diferente do das demais camadas ou, ainda, de 
segregação de partículas; 
Percolação em Barragens
BASTOS, I. J. F. S. 913/11/2020
F
lu
x
o
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e
 Á
g
u
a
Aterro
Interfaces
Fundação
Qualidade da Compactação
BASTOS, I. J. F. S. 1013/11/2020
Umidade 
Ótima
Densidade 
Máxima
Compactação 
Eficiente
Aspectos da Qualidade dos Aterros
BASTOS, I. J. F. S. 1113/11/2020
Compactação 
Homogeneidade
Trafegabilidade 
Densificação do maciço através da expulsão do 
ar contido nos vazios do solo quando de sua 
redução
Manutenção das características do solo 
constantes em todos os pontos do maciço
Garantia de livre atuação dos equipamentos de 
transporte, espalhamento e compactação, se 
constituiu em forte condicionante no 
desenvolvimento dos equipamentos de 
compactação e das técnicas utilizadas na 
construção de aterros.
Evolução sobre a compactação na 
atualidade 
BASTOS, I. J. F. S. 12
A espessura das camadas não se restringe mais a 15cm;
Fica em aberto a espessura, equipamento utilizado e número de 
passadas;
Os rolos pé-de-carneiro usados no Brasil estáticos com pesos de 15 
a 18 ton vibratório com 9 a 11 ton;
Rolos com pneus com 20 a 35 ton;
Preservação da umidade em limites possíveis de trabalho, ou seja, 
em torno da ótima.
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Evolução sobre a compactação na 
atualidade 
BASTOS, I. J. F. S. 13
Evitar juntas alinhadas de montante para jusante rotas preferenciais;
Remover camadas ressecadas ou encharcadas;
Evitar segregação de grãos no transporte e espalhamento;
Usar controle tecnológico com inspeção táctil e visual do material 
(granulometria e plasticidade);
Padronização dos serviços: tipo de equipamento, número de passadas 
e espessura das camadas;
Ensaios de campo para determinação da densidade e umidade.
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Drenagem Interna
BASTOS, I. J. F. S. 1413/11/2020
A garantia de se ter menos problemas de carreamentos e
fissuramentos;
O fluxo a jusante se concentra em um ponto;
A água tende a “amolecer” o material e facilitar a erosão interna
Não se evita contrastes de permeabilidade fluxo não homogêneo;
Mesmo os maciços terrosos bem compactados aparecimento de
trincas;
O material das paredes das trincas fica sem apoio e, nestas
condições, mesmo um solo bem compactado e coesivo pode
"amolecer" e tornar-se vulnerável ao carreamento.
Elementos Drenantes
BASTOS, I. J. F. S. 1513/11/2020
É uma técnica de utilização de um material muito mais permeável 
do que o meio no qual está inserido e que visa atrair e conduzir a 
água para fora do maciço;
Dreno vertical inclinado
Propriedades dos Elementos 
Drenantes
BASTOS, I. J. F. S. 1613/11/2020
Condutividade
Filtragem
Cicatrização
Condutividade
BASTOS, I. J. F. S. 1713/11/2020
Facilidade para drenar;
Possibilitar baixos gradientes;
O gradiente é função da permeabilidade, da área e da vazão (ver a Lei 
de Darcy);
Elemento drenante mais de 100x mais permeável;
Drenos construídos de materiais granulares (areias, britas) sem finos.
Permeabilidade
BASTOS, I. J. F. S. 1813/11/2020
Pedregulhos e Britas (diâmetro maior do que 5mm) k maior do que 10 
cm/s;
Areias grossas (diâmetro entre 2 e 5mm) 1 a 10 cm/s;
Areias finas e médias (diâmetros entre 0,1 a 2 mm) permeabilidade 
em função do D10.
Filtragem
BASTOS, I. J. F. S. 1913/11/2020
Impede que os grãos sejam transportados;
Os grãos do maciço não devem circular nos vazios do filtro;
Existem critérios de filtragem em função:
Acadêmico/Laboratorial;
Experiência/Empirismo;
Os critérios se baseiam na granulometria dos materiais
(Muitas concepções diferentes);
Exemplo:
Enfoque teórico o diâmetro da maior esfera que passa através do 
vazio formado por 3 esferas iguais em contato é 6,5 vezes menor.
Filtragem
BASTOS, I. J. F. S. 2013/11/2020
Entretanto, os filtros não são materiais uniformes estudo complexo 
leva a enfoque empírico na prática de barragens;
Para filtrar areias e siltes arenosos D15 do filtro e D85 do filtrado deve 
ser menor do que 4 a 5 (critério de Terzaghi-Bertram);
O critério acima pode levar a filtros excessivamente finos.
Critérios de Filtragem
BASTOS, I. J. F. S. 2113/11/2020
Cicatrização
BASTOS, I. J. F. S. 2213/11/2020
Auto-filtragem o dreno deve ser filtro de si mesmo;
Selagem presença abundante de água não consegue manter 
uma fissura aberta;
Neste caso o material do filtro deve ser não-coesivo com menos 
de 2% de grãos passando na #200;
No início do século 20 não existia sistema de drenagem interna.
Fissuramento
BASTOS, I. J. F. S. 2313/11/2020
Fissuras são trincas no interior do maciço de terra que podem ou não
se manifestar externamente. O fissuramento ocorre mesmo nos
maciços de terra bem compactados.
Este fato só parece ter sido plenamente percebido no fértil período que
se seguiu à Segunda Guerra e nos anos 50.
Talvez o primeiro trabalho publicado levantando diretamente este
aspecto tenha sido o de Casagrande (1950).
O trabalho de Sherard (1973) oferece um amplo panorama sobre o
assunto. Sempre se deve considerar como provável a sua presença.
Principais Causas de Fissuramento
BASTOS, I. J. F. S. 2413/11/2020
1) Recalques diferenciais:
* Diferenças de deformabilidade do material de fundação;
* Existência de variações bruscas na topografia do terrenode apoio do
aterro;
* Diminuição de volume da zona de montante do maciço quando do
enchimento do lago (o assim chamado "colapso por submersão").
2) Contração devido ao ressecamento;
3) Redistribuição de tensões:
* Diferenças de rigidez entre os materiais que compõe um maciço
zoneado;
* Diferenças de rigidez entre o material do maciço e estruturas em
contato com ele (galerias, muros, cortinas, etc.);
* Desenvolvimento de tensões cisalhantes em interfaces aterro-muro ou
aterro- ombreira.
Elementos Drenantes
BASTOS, I. J. F. S. 2513/11/2020
“ O controle da percolação através do
aterro e da fundação é um requisito
essencial do projeto de barragens.
Percolação sem controle, independente
da quantidade, não deve ser tolerada...”
“Middlebroks”
Dispositivos de Drenagem
BASTOS, I. J. F. S. 2613/11/2020
Sua função é reduzir a pressão neutra na área de jusante da barragem e
portanto aumentar a estabilidade de jusante contra o deslizamento e
controlar a percolação da água na face de jusante da barragem de tal
modo que a água não carregue qualquer partícula do maciço, isto é, que
não se desenvolva o fenômeno do "piping“.
A eficiência do dreno ou filtro na redução das pressões neutras
depende em princípio da sua localização e extensão.
Por outro lado, o "piping" ou entubamento é controlado construindo-se
os drenos com um material de granulometria adequada a funcionar
como filtro do solo constituinte do maciço.
Dispositivos de Drenagem
BASTOS, I. J. F. S. 2713/11/2020
Existem numerosos tipos de sistemas de drenagem interna em
barragens de terra, sendo que o tipo a ser adotado para uma obra
determinada dependerá de diversos fatores relativos ás
permeabilidades do maciço e da fundação bem como das
características dos materiais drenantes disponíveis.
Drenos de pé
BASTOS, I. J. F. S. 2813/11/2020
As barragens homogêneas mais antigas apresentam esse tipo de 
drenagem para evitar a diminuição de resistência do material no pé do 
talude.
Empregam-se apenas em barragens de pequena altura, constituídas 
de solos homogêneos de baixa permeabilidade. 
Recomenda-se que o dreno de pé penetre um pouco no terreno de 
fundação porque o contato da barragem com a fundação é um 
caminho preferencial. 
Drenos de pé
BASTOS, I. J. F. S. 2913/11/2020
O dreno de pé também pode ser utilizado associado no trecho final de 
um tapete drenante.
Drenos Longitudinais e Tapetes 
Drenantes
BASTOS, I. J. F. S. 3013/11/2020
O mais econômico tipo de dreno para uma barragem é o constituído
por um conduto perfurado envolvido por filtros de transição,
posicionado longitudinalmente com relação ao eixo da barragem, a
meia distancia entre o eixo e o pé de jusante. Esse sistema só deve
ser adotado no caso da barragem ser apoiada sobre uma fundação
relativamente uniforme e do maciço compactado ser constituído por
solos de mesmas permeabilidade vertical e horizontal.
Drenos Longitudinais e Tapetes 
Drenantes
BASTOS, I. J. F. S. 3113/11/2020
Quanto mais elevado o grau de estratificação do maciço, representado 
pela relação entre a permeabilidade horizontal k, e a permeabilidade 
vertical k,, mais extenso deve ser o dreno, chegando-se no limite do 
tapete drenante que se estende até ao pé do talude de jusante da 
barragem. 
O comprimento do tapete filtrante basear-se-á na posição que se 
pretende para a linha freática, no interior do maciço, devendo-se notar 
que a descarga percolada aumenta com o comprimento do tapete.
Esse aumento, entretanto, é recompensado pela melhoria na 
estabilidade, pois mantem-se seco grande parte do paramento de 
jusante da barragem. 
A tentativa inicial na escolha da posição do tapete drenante poderá 
ser a recomendada por Creager, adotando um comprimento de 0,3 a 0,5 
L, sendo L a distância do eixo da barragem ao pé do talude de jusante. 
Drenos Longitudinais e Tapetes 
Drenantes
BASTOS, I. J. F. S. 3213/11/2020
Uma das principais desvantagens do tapete drenante horizontal resulta do 
fato de que o maciço de uma barragem de terra tende a ser estratificada 
(k,, > k,) como já mencionado. Pode ainda, ocasionalmente, acontecer 
que camadas horizontais muito mais permeáveis do que a média do 
material empregado sejam colocadas no maciço, de modo que, a despeito 
do dreno horizontal, a água percola horizontalmente na superiície de 
uma camada relativamente impermeável e surge no talude do jusante. 
Cortinas Drenantes
BASTOS, I. J. F. S. 3313/11/2020
Este tipo de drenagem é constituído por um dreno vertical posicionado ligeiramente 
a jusante do eixo da barragem e prolongado para jusante por um tapete drenante 
horizontal. 
Foi adotado pela primeira vez por K. Terzaghi para a barragem de Vigário no Brasil 
(atualmente denominada Barragem Terzaghi, em homenagem ao projetista). 
O dreno verical tem a grande vantagem de interceptar qualquer fissuração do 
maciço e de coletar os fluxos que poderiam percolar através de tais fissuras. São 
geralmente projetados com uma espessura variando de 1,0 a 2,0 m, sendo que, na 
maioria dos casos, essas espessuras são fixadas por motivos de ordem construtiva. 
Cortinas Drenantes
BASTOS, I. J. F. S. 3413/11/2020
Em várias barragens mais recentes de maiores alturas, a cortina drenante tem forte 
inclinação para montante ou para jusante. 
Com a inclinação para montante, tem-se a vantagem de eliminar riscos de trincas 
longitudinais na crista no caso da barragem ser apoiada sobre uma fundação 
rígida. Por outro lado um dreno inclinado para jusante apresenta a vantagem de 
melhorar as condições de estabilidade do talude de jusante durante a operação do 
reservatório.
Até próxima aula...
BASTOS, I. J. F. S. 3513/11/2020