Análise de Estabilidade de Barragens

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BARRAGENS DE TERRA E DE 
ENROCAMENTO – AULA 3
Prof. Romero César Gomes - Departamento de Engenharia Civil / UFOP
���� Escolha das Seções Críticas
• seção de altura máxima;
• seções em condições críticas de fundação (principalmente em caso de fundações
com problemas potenciais em termos de geração de poropressões elevadas);
• seções em condições de perfis geotécnicos complexos
Análises da Estabilidade de Taludes de Barragens
���� Condições de Carregamento
• final de construção
• regime permanente de fluxo;
• rebaixamento rápido;
• análise dinâmica (estabilidade sob eventos sísmicos)
���� Parâmetros de Projeto
• programa de investigações geotécnicas
• seleção dos parâmetros de projeto
���� Análise em Tensões Efetivas (TEF)
• utilizar parâmetros efetivos de resistência (‘drenados’): c’, φφφφ’;
• determinar as tensões efetivas estimando-se as poropressões geradas em cada caso;
• análises aplicadas tipicamente no caso de taludes em solos granulares ou em análises a longo
prazo para taludes em solos pouco permeáveis;
Análises da Estabilidade de Taludes de Barragens
prazo para taludes em solos pouco permeáveis;
• aplicável também no caso de taludes em final de construção ou em análises de rebaixamento
rápido para taludes em solos pouco permeáveis.
���� Análise em Tensões Totais (TET)
• utilizar parâmetros totais de resistência (‘não drenados’): c, φφφφ;
• determinar as tensões totais em cada caso;
• análises aplicadas tipicamente no caso de taludes em final de construção ou em análises de
rebaixamento rápido para taludes em solos pouco permeáveis;
• não aplicável a outras análises.
Análises da Estabilidade de Taludes de Barragens
c’, φφφφ’
c, φφφφ
Análise I - Durante e Final de Construção
FS = 1,3
� convencionalmente adotada em projeto (a não ser no caso de barragens de pequena altura), embora rupturas da
barragem nestas condições sejam pouco comuns;
� em geral, a condição mais crítica ocorre ao final de construção mas podem ser necessárias análises adicionais para
estágios intermediários da obra.
���� Condições gerais
Análise I - Durante e Final de Construção
� ambos os taludes são analisados nestas condições.
� ocorrem variações complexas das tensões ao longo do maciço compactado;
� em função das reduzidas permeabilidades dos solos compactados e dos prazos relativamente rápidos da construção,
as condições de drenagem tornam-se muito limitadas e, assim, elevadas poropressões tendem a ser desenvolvidas no
aterro da barragem (fato análogo pode ocorrer com os terrenos de fundação)
� umidades de compactação acima da ótima desenvolvem maiores poropressões, que são também geradas mais
rapidamente;
� as camadas compactadas podem ficar saturadas, em função do processo de adensamento induzido pela construção da
barragem ou pela ação de chuvas.
���� Análise da estabilidade em termos de tensões efetivas:
Utilizar parâmetros efetivos de resistência com base na envoltória de ensaios CD (solos muito
permeáveis) ou de ensaios CIU com medidas de poropressões – ensaios (solos mais
permeáveis, tipicamente com k > 10-4 cm/s) .
CIU
Análise I - Durante e Final de Construção
���� Análise da estabilidade em termos de tensões totais:
Utilizar parâmetros totais de resistência com base na envoltória de ensaios UU ou de ensaios CU
sob as condições de adensamento mais adequadas às condições representativas do problema
real (solos menos permeáveis, tipicamente com k < 10-7 cm/s) .
���� Condições de campo ≠≠≠≠ Condições de Laboratório (ensaios UU): 
Laboratório Campo
σ1 = σ3 : tensões iniciais;
σ3 : constante; σ1f : σ1i + ∆σ1 : tensões finais
σ1≠ σ 3 : tensões iniciais e finais
Análise I - Durante e Final de Construção
parâmetros de resistência de campo ≠≠≠≠ parâmetros de resistência de laboratório! 
σ3 : constante; σ1f : σ1i + ∆σ1 : tensões finais
sem adensamento e sem drenagem com adensamento e drenagem
direção invariável das tensões principais rotação das tensões principais
� Procedimentos para a Estimativa das Poropressões de Campo
- ensaios triaxiais tipo não adensado e não drenado;
- ensaios triaxiais sob acréscimos variáveis da tensões (σ1 / σ3);
- ensaios triaxiais tipo K0 (mais indicado);
- correlações com dados de instrumentação de barragens similares, etc.
Análise I - Durante e Final de Construção
Em caso de não estabilidade dos taludes pelas análises realizadas, podem ser adotados os
seguintes procedimentos:
• avaliação dos dados de instrumentação e correlação com os dados previstos;
• intercalação de camadas drenantes no maciço;
• paralisação temporária dos serviços de compactação (p/ dissipação das poropressões);
• abatimento do talude de jusante (adoção de taludes mais suaves).
Análise II - Regime Permanente de Fluxo
- percolação induzida pelo reservatório cheio (condição de ruptura mais freqüente);
- rupturas catastróficas;
- análise associada diretamente ao projeto da drenagem interna da barragem;
- condições críticas em termos das análises de estabilidade do talude de jusante.
�������� Condições geraisCondições gerais
FS = 1,5
Análise II - Regime Permanente de Fluxo
���� Análise da estabilidade em termos de tensões efetivas:
Utilizar parâmetros efetivos de resistência com base na envoltória de ensaios CD (solos muito
permeáveis) ou com base na envoltória de ensaios , com as poropressões sendo obtidas
diretamente da rede de fluxo da barragem.
CIU
- desconfinamento lateral do talude de montante, pelo rebaixamento rápido do nível do reservatório;
- geração de poropressões pelo aumento das tensões cisalhantes na zona do rebaixamento;
- correlação entre as condições de drenagem do solo compactado em relação às velocidades de rebaixamento
(função do volume do reservatório e da capacidade do vertedor);
- rupturas não catastróficas.
���� Condições gerais
Análise III - Rebaixamento Rápido
FS = 1,2 -1,3*
* admitindo-se uma hipótese atípica do evento
���� Análise da estabilidade em termos de tensões efetivas:
Utilizar parâmetros efetivos de resistência com base na envoltória de ensaios CD (solos muito
permeáveis) ou de ensaios com medidas de poropressões, obtidas diretamente da rede de
rebaixamento da barragem.
CIU
Análise III - Rebaixamento Rápido
CIU
Análise III - Rebaixamento Rápido
���� Análise da estabilidade em termos de tensões totais e efetivas:
Utilizar parâmetros de resistência obtidos com base na envoltória conjugada ou mais crítica das
obtidas a partir de ensaios CIU e CD ou CIU e para solos menos permeáveis (ou adotar
esta sistemática para quaisquer solos).
CIUCIU
Análise III - Rebaixamento Rápido
���� Poropressões a partir da rede de fluxo de rebaixamento:
u = γwhp - B γwhw sendo B ≤ 1 (B ~ 0,2 a 0,4)
Método pseudo – estático: utilizar parâmetros efetivos de resistência (adotar as mesmos
critérios da análise para a condição de regime permanente de fluxo), associados a uma dada
solicitação dinâmica (força horizontal expressa pelo produto do coeficiente sísmico pelo peso da
massa potencialmente instável).
���� Condições gerais
Análise IV - Estabilidade contra Terremotos
(evento sísmico)
FS = 1,1
%g
���� Recomendações para implantação de barragens em zonas sísmicas (Seed, 1973):
• evitar zonas de falhas nas fundações;
• prever ampla borda livre no reservatório;
• adotar elevadas espessuras das zonas de transição, utilizando-se materiais não susceptíveis ao
Análise IV - Estabilidade contra Terremotos
• adotar elevadas espessuras das zonas de transição, utilizando-se materiais não susceptíveis ao
fissuramento;
• utilizar núcleos espessos de materiais com características “auto-cicatrizantes”;
• utilizar dispositivos apropriados para minimizar efeitos de ondas provenientes dos próprios
tremores ou de escorregamentos para dentro do reservatório;• utilizar dispositivos na crista da barragem para minimizar efeitos de erosão no caso de
galgamento da barragem (“overtopping”);
• adotar medidas adicionais para impedir rupturas de taludes ou deslizamento da barragem.
• Causas principais de fissuramentos em barragens:
- desenvolvimento de tensões de tração em zonas do
maciço devido a recalques diferenciais
- condicionantes devido à geometria do arranjo e/ou
Análises Tensões-Deformações de Barragens
- condicionantes devido à geometria do arranjo e/ou
compressibilidades distintas entre os materiais de aterro e
fundação
• Natureza das fissuras: longitudinais ou transversais ao
eixo da barragem
• Análise do problema: métodos numéricos + resultados de
instrumentação
Análises Tensões-Deformações de Barragens
���� Alteração da geometria do arranjo barragem - fundação
• arqueamento do eixo da barragem;
• deslocamento do eixo da barragem;
• escavação e substituição dos materiais existentes;
• alteração dos taludes, etc
���� Alteração do comportamento reológico dos materiais
Análises Tensões-Deformações de Barragens
���� Especificação dos filtros e zonas de transição
• Interferência na continuidade das fissuras;
• efeitos favoráveis no processo de auto-colmatação das fissuras
���� Alteração do comportamento reológico dos materiais
• alteração dos parâmetros de compactação;
• redução da velocidade da construção;
• mistura de diferentes materiais;
• substituição de materiais, etc
Análises Tensões-Deformações de Barragens
E
l
e
v
a
ç
ã
o
 
(
m
)
670
680
690
700
710
720
730
740
750
760
770
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800
810
820
830
Malhas de elementos finitos
UHE NOVA PONTE
Distância (m)
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500
650
660
670
1 1
22
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1718
1920
21
22
23
24
25
2627
Distância (m)
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500
E
l
e
v
a
ç
ã
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(
m
)
650
660
670
680
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750
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770
780
790
800
810
820
830
simulação do processo construtivo
Análises Tensões-Deformações de Barragens
 
 -0
.8
 
 
 
 -0.7
 
 
 
 -0.6
 
 
 
 -0.5
 
 
 
 
-0
.4
 
 
 
 -0.4
 
 
 
 
-0
.3
 
 
 -0 .3 
 
 
- 0 . 2 
 
- 0 . 2 
 -0.1 
E
l
e
v
a
ç
ã
o
 
(
m
)
660
670
680
690
700
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720
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740
750
760
770
780
790
800
810
820
830
Curvas de iguais deslocamentos verticais
Distância (m)
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500
650
660
 
 
-
0 . 1 
 
 
 
-
0 . 1 
 
 0
 
 
 
 0
 
 
 
 0
.1
 
 
 
 0
.2
 
 
 
 0
.3
 
 
 
 0
.4
 
 
 
 0
.5
 
 
Distância (m)
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500
E
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(
m
)
650
660
670
680
690
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730
740
750
760
770
780
790
800
810
820
830
Curvas de iguais deslocamento horizontais