PJ2 - Grupo 01 (Roger e Yuri)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA 
CENTRO TECNOLÓGICO DE JOINVILLE 
ENGENHARIA CIVIL DE INFRAESTRUTURA 
DISCIPLINA DE TÚNEIS E OBRAS DE TERRA 
PROFESSOR JULIAN ASDRUBAL BURITICA GARCIA 
 
 
 
 
 
 
 
PROJETO 02: BARRAGEM DE TERRA HOMOGÊNEA 
 
 
 
 
 
 
ROGER WILSON VALE ROGERIO 
YURI KÖRBER GORGES 
 
 
 
 
 
 
 
JOINVILLE 
2022 
1. INTRODUÇÃO 
 
 
Construídas de forma natural ou artificial sobre córregos, rios ou canais, as barragens 
têm a função de reter e/ou controlar o fluxo de água ou rejeitos (GAMELEIRA; AMARAL, 
2018), e podem ser classificadas, quanto ao método executivo, em barragens de gravidade, em 
arco e contrafortes para barragens em concreto, e para barragens de terra, classifica-se em 
homogêneas ou heterogêneas. 
Dentre os métodos, a barragem de terra homogênea representa o modelo mais utilizado 
no Brasil, visto que, a região apresenta condições favoráveis, como vales muito abertos e 
disponibilidade de material terroso (MASSAD, 2010), somado a relativa simplicidade de 
execução quando comparada a barragens de concreto, e por admitir fundação sobre solos moles. 
Todavia, essas barragens possuem como principal problema o efeito piping ou erosão 
regressiva tubular, definido pela formação de canais à estrutura devido ao movimento de solo 
pelo fluxo ascendente (da jusante para a montante) da água, assim, esses canais podem evoluir 
para cavidades maiores levando a barragem ao colapso (MASSAD, 2010). Ademais, na falta 
de drenagem adequada, o aumento do nível freático pode comprometer a estabilidade do talude 
ao diminuir as tensões efetivas. 
Portanto, a fim de demonstrar a viabilidade e dimensionamento de uma barragem de 
terra homogênea, será feita as análises de percolação e estabilidade de taludes fazendo-se uso 
do software SEEP/W e SLOPE/W, respectivamente, para executar a simulação da estrutura e 
fluxo de água. 
 
 
 
2. DIMENSIONAMENTO 
 
2.1 ANÁLISE DA GEOMETRIA E DADOS INICIAIS 
 
 Para a execução das análises computacionais, é necessário que se faça a determinação 
da geometria da barragem a ser estudada. Para tal, foram fornecidos dados referentes à 
inclinação dos taludes de montante e jusante, altura total da barragem, nível do lençol freático 
a montante e jusante, espessura do filtro de areia, assim como a espessura da camada de solo 
argiloso que serve como fundação para a barragem. Tais dados estão apresentados no Quadro 
01 abaixo. 
 
Quadro 01: Dados da geometria da barragem 
 
Fonte: Os autores (2022) 
 
 Com isto, e utilizando o software Geostudio, foi possível elaborar a geometria do 
talude, assim como se observa na Figura 01 abaixo. 
 
Geometria da barragem 
Inclinação do talude (1:h) 
Montante 1:2,5 
Jusante 1:2 
Nível da água (m) 
Montante 48 
Jusante 0 
Largura da crista (m) 15 
Altura da barragem (m) 50 
Espessura do filtro de areia (m) 0,5 
Espessura da camada de argila da fundação (m) 40 
Figura 01: Geometria da barragem no software Geostudio. 
 
Fonte: Os autores (2022) 
 
 Com a geometria bem definida, é possível determinar as regiões e aplicar os materiais, 
de acordo com as propriedades que serão demonstradas na próxima seção. A barragem é 
composta de um material argiloso, assim como a fundação. Já para o material do filtro, será 
utilizada uma areia, com alta permeabilidade, para favorecer o fluxo da água no interior da 
barragem, como será observado a seguir. 
 
2.2 ANÁLISE DA PERCOLAÇÃO UTILIZANDO SEEP.W 
 
 Para as análises referentes à percolação, sendo elas o cálculo da vazão, gradientes 
críticos, linhas equipotenciais, linhas de fluxo e poropressão, são necessários dados que dizem 
respeito aos materiais que compõe a barragem, o filtro e a fundação. No Quadro 02 a seguir, 
são apresentados os dados pertinentes a estas análises, que é a condição inicial do material a ser 
considerada, neste caso saturada, e a condutividade hidráulica, que diz respeito ao coeficiente 
de permeabilidade (k), medido em m/s. 
 
 
 
 
 
Quadro 02: Propriedades dos materiais da barragem e fundação. 
Material 
Coeficiente de 
permeabilidade (k) (m/s) 
Argila (Barragem) 1e-7 
Argila (Fundação) 1e-7 
Areia (Filtro) 1e-4 
Fonte: Os autores (2022). 
 
 Os coeficientes de permeabilidade das argilas adotados são baseados em literatura 
pertinente e na composição do material estudado da região de construção da barragem conforme 
quadros abaixo 
 
Quadro 03: Intervalo de coeficiente de permeabilidade (k) do solo. 
Solo k (m/s) 
Argilas < 10-9 
Siltes 10-6 a 10-7 
Areias argilosas 10-7 
Areias finas 10-5 
Areias médias 10-4 
Areias grossas 10-3 
Fonte: Nierwinski (2021). 
 
Quadro 04: Composição do material argiloso. 
Material 
Composição do material 
Argila Silte Areia 
Argila 
(Barragem) 
52% 17,5% 30% 
Fonte: Os autores (2022). 
 
 Após o software realizar os cálculos, pode-se observar, através dos vetores, o caminho 
de percolação da água, assim como as linhas de fluxo da água, representado pelas linhas verdes. 
Já a linha azul, representada na Figura 02 abaixo, é a linha onde a poropressão é 0, sendo 
conhecida como linha neutra ou linha freática. 
 Como observado na Figura 02 abaixo, o sentido de percolação da água preferencial se 
dá justamente no filtro de areia, posicionado aproximadamente no centro da barragem, como 
era esperado, já que o coeficiente de permeabilidade da areia é maior que o das argilas, criando 
um caminho preferencial de percolação da água. 
 
Figura 02: Linhas de fluxo e sentido de percolação da água. 
 
Fonte: Os autores (2022) 
 
 Também foi realizada a análise dos gradientes hidráulicos em XY, que seria a 
representação da velocidade com que há a perda de carga devido ao elevado fluxo de água, o 
que pode ocasionar erosão e piping. Conforme observa-se na Figura 03 abaixo, as regiões que 
possuem o gradiente hidráulico crítico são próximas ao nível da água máximo à montante, que 
apresentam valores altos, com o valor crítico de 3,5. Neste ponto, pode haver erosão do material 
devido a elevada perda de carga e consequente diminuição da tensão efetiva do solo. 
 
 
 
 
Figura 03: Gradiente hidráulico crítico 
 
Fonte: Os autores (2022) 
 
 Para evitar com que haja um gradiente hidráulico muito alto (3,5) nesta região, pode 
ser utilizado um material de transição, como um silte, que possua um coeficiente de 
permeabilidade mais elevado, permitindo uma perda de carga mais gradual, fazendo assim com 
que o gradiente hidráulico seja diminuído. 
 Com relação à poropressão, como pode ser observado na Figura 04 abaixo, a tendência 
é que esta vá diminuindo ao longo do caminho percorrido pela água, tendendo a 0 conforme se 
aproxima da linha neutra, que, neste caso, fica próxima ao filtro de areia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 04: Poropressão na barragem 
 
Fonte: Os autores (2022) 
 
 Para avaliação da perda de carga, a Figura 05 abaixo apresenta as linhas equipotenciais, 
que indicam o local geométrico das regiões que apresentam a mesma carga total. Através desta, 
é possível observar como se comporta a perda de carga da água à medida que esta percola ao 
longo da barragem, chegando a cargas próximas a 0 perto da região a jusante desta. 
 
Figura 05: Linhas equipotenciais 
 
Fonte: Os autores (2022) 
 
 Foi realizado uma estimativa da vazão de saída da água da barragem, tendo como ponto 
de referência para a medição a região de saída do filtro de areia. O valor de vazão neste ponto 
foi de 4,72e-4 m³/s. Este valor apresentado é medido para cada metro da barragem, portanto, se 
a barragem, por exemplo, tiver uma largura de 100m, a vazão na saída do filtro será de, 
aproximadamente, 4,72e-2 m³/s. A figura 06 abaixo apresenta o gráfico gerado pelo software 
SEEP.W, com a vazão calculada. 
 
Figura 06: Vazão calculada na saída do filtro de areia. 
 
Fonte: Os autores (2022) 
 
2.3 ANÁLISE DA ESTABILIDADE DOS TALUDESUTILIZANDO SLOPE/W 
 
A estabilidade do talude é crucial para que a barragem possa cumprir sua função, 
portanto, para analisar a segurança e estabilidade da estrutura optou-se por utilizar o método 
de Bishop através do software SLOPE/W do Geostudio. Dessa forma, a superfície de ruptura 
foi analisada por grade e raios de ruptura com o objetivo de determinar o fator de segurança 
(FS) crítico e sua superfície correspondente, ademais, as características de cada material estão 
descritas a seguir. 
 
Quadro 05 – Características dos materiais. 
 
Fonte: Os autores (2022) 
2.3.1 Estabilidade de final de construção à jusante. 
 
Para a estabilidade do talude de jusante com inclinação de 1:2,5 determina-se que o 
fator de segurança (FS) é 1,797 e sua superfície crítica é descrita na figura abaixo junto as 
superfícies analisadas, onde o vermelho representa a situação mais crítica e o azul aquelas com 
o maior FS. 
 
Figura 08 – Superfícies de ruptura para jusante. 
 
Fonte: Os autores (2022) 
 
Figura 09 – Superfície crítica de ruptura para jusante. 
 
Fonte: Os autores (2022) 
2.3.2 Estabilidade de final de construção à montante 
 
Para a estabilidade do talude de montante com inclinação de 1:2, a partir do método 
de Bishop no software SLOPE/W, calcula-se que o fator de segurança é 1,514, logo, também é 
adequado à segurança da estrutura. 
 
Figura 10 – Superfície crítica de ruptura para montante. 
 
Fonte: Os autores (2022) 
 
2.3.3 Estabilidade de operação à jusante 
 
Com o objetivo de avaliar a estabilidade do talude durante a operação, ou seja, com o 
nível da água de 48 metros à montante da barragem, faz-se o uso do SLOPE/W combinado a 
análise de percolação (SEEP/W), assim, é determinado o fator de segurança para a superfície 
mais favorável à ruptura de 1,726. 
 
Figura 11 – Superfície crítica de ruptura para montante. 
 
Fonte: Os autores (2022) 
 
2.4 CÁLCULO DOS RECALQUES 
 
 Para o cálculo dos recalques, foi utilizado o módulo SIGMA/W, que faz uma 
estimativa dos recalques esperados, apresentando uma malha que representa a deformação 
esperada do maciço. Na Figura 12 abaixo, observa-se esta malha, em vermelho, e o valor dos 
recalques, em metros, esperados para a região de 1/3 da altura da barragem e do meio da camada 
de argila da fundação. 
 
 
Figura 12: Análise dos recalques. 
 
Fonte: Os autores (2022) 
 
 Porém, deve-se atentar ao fato de que o recalque apresentado na Figura 12 acima, não 
reflete exatamente a realidade, pois considera que a barragem foi construída de uma só vez, 
quando na realidade são compactadas diversas pequenas camadas até atingir a altura desejada. 
Os recalques apresentados acima estão dentro do esperado, ainda mais considerando a questão 
apresentada acima. 
2.5 ANÁLISE DOS RESULTADOS 
 
 No que diz respeito as análises de percolação, para a análise das linhas de fluxo e fluxo 
de percolação da água no interior da barragem, apresentam resultados dentro do esperado, tendo 
o maior fluxo concentrado próximo da região do filtro de areia, por conta da sua maior 
permeabilidade. 
 Quanto aos gradientes hidráulicos, apresentaram valores maiores que o adequado, 
principalmente na região próxima ao nível da água a montante. Uma possível solução, conforme 
apresentado na seção anterior, seria a utilização de um material de transição, com maior 
coeficiente de permeabilidade. Porém, essa solução implicaria na necessidade de uma 
reavaliação das análises de estabilidade de taludes a montante, devido a alteração do material. 
 Das demais análises, a saber, linhas equipotenciais, poropressão e vazão, apresentaram 
resultados coerentes, com as linhas equipotenciais e poropressão diminuindo ao longo da 
passagem da água no interior da barragem. Já a vazão foi medida somente na região da saída 
do filtro de areia, a jusante da barragem. 
Quanto a estabilidade do talude, em ambas as etapas, seja de fim de construção ou para 
durante a operação da barragem, os fatores de seguranças determinados foram superiores a 1,5, 
portanto, segundo a NBR 11682 (2009), são satisfatórios para a condição de alto nível de 
segurança contra danos a vidas humanas, danos materiais e ambientais. 
Quadro 06 - Fatores de segurança mínimos 
Fonte: NBR 11682 (2009) 
 
Quanto a análise dos recalques, é esperado que ocorram recalques na ordem de 1 a 2 
metros em grandes barragens como esta, que tem 50 metros de altura, e conforme as camadas 
vão sendo construídas, adiciona-se mais material, a fim de atingir a cota definida em projeto. 
Neste caso, em 1/3 da camada de argila da barragem, ocorreu um recalque de 3 metros, porém, 
deve-se ao fato da consideração do software, comentada anteriormente. Já na região da 
fundação, os recalques de 1m estão dentro do esperado, dada a magnitude da barragem. 
 
 
 
 
 
 
 
 
3. CONCLUSÃO 
 
Dadas as análises resultantes do software Geostudio e as ponderações feitas ao final 
do capítulo passado, é possível concluir que a construção desta barragem é viável e segura, 
apenas tendo que ser feita uma análise mais cuidadosa no que diz respeito ao gradiente 
hidráulico, que apresentou valores elevados na região a montante da barragem. 
As análises de estabilidade dos taludes não apresentarem nenhum resultado alarmante, 
estando dentro dos limites estabelecidos pela Normas Brasileiras. Já no que diz respeito aos 
recalques, apresentaram valores coerentes à uma fundação em solo mole, resguardando a 
incongruência na análise do maciço da barragem, comentada no capítulo anterior. 
 
 
 
REFERÊNCIAS 
 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 11682. Estabilidade de 
taludes. Rio de Janeiro: ABNT, 2009. 
GAMELEIRA, E. L.; AMARAL, F. N. DA S. Análise do fluxo de água no maciço de uma 
barragem de terra com filtro. Trabalho de Conclusão de Curso Faculdade de Engenharia 
Civil, Centro Universitário Cesmac, Maceió, 2018. 
 
MASSAD, F. Obras de terra: curso básico de Geotecnia. 2 ed. São Paulo: Oficina de Textos, 
2010. 
 
NIERWINSKI, H. P. EMB5844-09607: Mecânica dos Solos I. 2021. Disponível em: 
https://moodle.ufsc.br/mod/assign/view.php?id=39219. Acesso em: 25 jun 2022.