Barragens de terra e fluxo em maciços porosos

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Barragens de Terra e Fluxo 
em Maciços Porosos
GRUPO 1
HYGOR DE CASTRO MESQUITA
KAREN CAMPOS RODRIGUES
MARCUS FELIPE DE JESUS SANTANA SOUSA
PAULA SILVA CUNHA
RAPHAEL CANEDO EDUARDO
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Roteiro para construção de 
uma barragem
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Fase de projeto
 Terraplenagem
 Fase de pesquisas
 Valas e trincheiras
 Testes de textura
 Testes de infiltração
 Análises mecânicas
Diagrama de textura
Fonte: USDA
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Fase de projeto
 Testes laboratoriais
 Gradientes
 Testes de Atterberg
 Teste de Proctor
 Teste de desagregação
 Área de empréstimo
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Faixa granulométrica de material baseado em análises 
de crivo
Fonte: FAO (2011)
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Seleção do local e pesquisas 
preliminares
 Fotografia aérea
 Visitas de campo
 Avaliação preliminar
 Levantamentos preliminares
 Rendimento da bacia hidrográfica
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Seleção do local e pesquisas 
preliminares
 Capacidade de armazenamento
 Volume preliminar de terraplenagem
 Área da bacia e dimensões do vertedor
 Picos de cheia e cheia máxima provável
 Estimativa do armazenamento necessário
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Projeto detalhado
 Levantamento topográfico
 Revisão dos cálculos preliminares
 Plantas de projeto
 Levantamento dos custos
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Construção da barragem
 Desvio do rio
 Realizado no período da construção para permitir a execução dos trabalhos 
a seco.
 O mais comum é a realização em uma ou duas fases
 Principais estruturas utilizadas no desvio de rios
 Ensecadeiras
 Túneis
 Canais
 Galerias
 Vertedouro com soleira rebaixada
 Circuito hidráulico de geração
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Esquemas de desvio do rio em 2 fases
Fonte: Rocha (2006)
 Desvio em 2 fases
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Ensecadeiras de 1ª e 2ª fase da UHE Baguari
Fonte: Rocha (2006)
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 Desvio em 1 fase
Esquemas de desvio do rio em 1 fase
Fonte: Rocha (2006)
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Arranjo do desvio do rio para 
construção da UHE Salto Grande
Fonte: Rocha (2006)
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Construção da barragem
 Marcação do local da construção
 Limpeza e preparação do local
 Base da barragem
 Áreas de empréstimo
 Construção do aterro
 Núcleo
 Aterro
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Redes de Fluxo
TAPETE DRENANTE E CORTINA DRENANTE
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Tapetes Drenantes
 São drenos horizontais amplamente utilizados no 
Brasil e no mundo experiência
 Muito importantes para drenagem interna
 Possuem largura, altura e comprimentos constantes
 Para que haja escoamento uniforme
 Situam-se na base de jusante da barragem no 
sentido do fluxo principal
Por que?m
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Tapetes Drenantes
 FUNÇÕES
 Impedir o carreamento de materiais da fundação (erosão)
 Promover a drenagem das águas de percolação através da fundação e do 
maciço para o pé de jusante
 Geralmente ficam apoiados sobre a superfície de fundação 
 São constituidos de camadas múltiplas de materiais, com elevada 
permeabilidade
 Para permitr o escoamento das águas drenadas através da fundação e do 
maciço de barragem
Por que?m
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Tapetes Drenantes
 MÉTODOS CONSTRUTIVOS
 Superfície horizontal
- Construído em camadas
- Compactados por meio de rolos 
vibratórios ou tratores de esteira 
(imediatamente após intensa 
irrigação)
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Tapetes Drenantes
 MÉTODOS CONSTRUTIVOS
 Superfície inclinada
- Construção do tapete é conduzida 
juntamente com o aterro, em pequenos 
lances 
- Compactados por meio rolo pneumático 
ou placa vibratória. 
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Tapetes Drenantes
 Para GAIOTO (2003) o sistema mantém a zona de jusante não-saturada para 
cargas hidráulicas muito baixas e com coeficiente de permeabilidade alto
 CEDERGREN (1989) afirma que quando este dispositivo é projetado 
adequadamente, pode remover todo o fluxo percolado pelo maciço sem 
proporcionar risco de colmatação do dreno ou ruptura do maciço por piping.
fundação relativamente uniforme em maciços no estratificados
 Colmatação: obstrução dos vazios de um material drenante, com diminuição 
de permeabilidade. 
 Mais eficaz se utilizado com drenos vesticais
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Tapetes Drenantes
 DIMENSIONAMENTO 
 A granulometria depende das características granulométricas do 
material (aterro ou fundação)
 As dimensões do filtro são ditadas pela quantidade de água a ser 
transportada e, nestas condições, os filtros operam também como 
drenos. A quantidade de água a ser transportada pelos filtros, para 
fora da barragem deve ser estimada através da rede de fluxo. 
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Cortinas Drenantes
 São drenos verticais posicionados
ligeiramente a jusante do eixo da
barragem e prolongado para
jusante por um tapete drenante
horizontal.
 São estruturas de subsuperfície
permanentes que têm sido
aplicadas para direcionar e
controlar e fluxo de água
subterrânea.
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Cortinas Drenantes
 FUNÇÕES:
 Interceptar qualquer fissuração do maciço e coletar os fluxos que
poderiam percolar através de tais fissuras;
 São usadas também como barreiras de contenção visando o controle
de contaminantes em águas subterrâneas
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Cortinas Drenantes
 São geralmente projetados com uma espessura variando de 0,9 a 2,0 m, sendo 
que, na maioria dos casos, essas espessuras são fixadas por motivos de ordem 
construtiva.
 A cortina vertical é construída pela escavação de uma trincheira com uma 
retroescavadeira ou caçamba de mandíbula e então é jateada com uma lama 
de bentonita e água.
CURIOSIDADE
A LAMA BENTONÍTICA É APLICADA PORQUE TEM COMO 
CARACTERÍSTICA UMA PELÍCULA IMPERMEÁVEL SOBRE UMA 
SUPERFÍCIE POROSA.
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Determinação Gráfica das Redes 
de Fluxo
 Com o procedimento gráfico de analise das redes de 
fluxo é possível estudar o fluxo no interior dos maciços.
 É feito a partir do desenho, dentro da região onde 
ocorre o fluxo, das famílias de curvas equipotenciais e 
linhas de fluxo que satisfazem a equação de Laplace.
 Foi baseado nas proposições iniciais de Forchheimer
(1930) por Casagrande (1937).
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Determinação Gráfica das Redes 
de Fluxo
 São traçadas diversas linhas de escoamento 
equipotenciais possíveis, respeitando a 
condição de interceptação ortogonal entre 
elas, formando figuras quadradas.
 É importante entender também as 
“condições limites”, ou seja, as condições de 
carga e de fluxo que limitam a rede de 
percolação, analisando se o fluxo é 
confinado ou não.
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Sugestões de Casagrande
 Observar o aspecto das redes de fluxo bem desenhadas; tentar 
reproduzi-las de memória.
 Para uma primeira tentativa, não traçar mais que 4 ou 5 vias de 
fluxo, pois a preocupação com maior número poderá desviar a 
atenção de outros detalhes importantes;
 Não tentar acertar detalhes antes que a rede como um todo, se 
apresente aproximadamente correta;
 Notar sempre que todas as transições, entre os trechos retos e 
curvos das linhas, são suaves e de forma elíptica ou parabólica. Os 
“quadrados”, em cada via de fluxo mudam gradativamente de 
tamanho.
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Exemplo Clássico da Cortina de 
Estacas Prancha em Fundações 
Permeáveis
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Rede de Fluxo em Barragens de 
Solo
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Erosão subterrânea 
retrogressiva
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Definição – Erosão subterrânea 
retrogressiva
 De acordo com Terzaghi:
“A água que percola no interior de um talude exerce, em virtude de sua 
viscosidade, uma pressão sobre as partículas de solo, conhecida como 
pressão de percolação. Essa pressão atua na direção do fluxo e sua 
intensidade cresce proporcionalmente à velocidade de percolação.”
 De acordo com Bureau of Reclamation:
piping é “(...) o movimento de partículas de solo pela água de 
percolação levando à aberturade dutos.”
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Como ocorre?
 O fenômeno ocorre no interior da massa
 Com a percolação da água por entre os 
vazios dos grãos surgirá uma diferença de 
pressão, devido à queda da altura piezométrica, que 
será transferida aos grãos do solo.
 À medida que os materiais finos forem sendo 
erodidos e levados para fora do aterro ocorrerá a 
erosão interna (piping)
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 O fluxo de água exercerá sobre os grãos uma pressão, dada pela relação:
 Em que:
 Δh = redução da carga piezométrica ou queda da altura piezométrica (cm)
 Δl = percurso na direção do fluxo (cm)
 Conclui-se que a pressão resultante da percolação da água sobre o solo será proporcionalmente 
maior quanto maior for a diferença de carga numa certa distância horizontal.
∆ℎ
∆𝑙
𝑔
𝑐𝑚2
→ 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 ℎ𝑖𝑑𝑟á𝑢𝑙𝑖𝑐𝑜 𝑛𝑎 𝑑𝑖𝑟𝑒çã𝑜 𝑑𝑜 𝑓𝑙𝑢𝑥𝑜
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 No pé de um talude, a velocidade de percolação e a pressão de 
percolação correspondente são muito maiores que na parte 
superior do talude
 A pressão de percolação tenderá a provocar a movimentação de 
partículas de solo com maior intensidade ao longo das linhas de 
fluxo que se dirigem para o pé do talude.
 Em solos com baixa coesão, como areias finas, a tendência ao 
arraste de partículas é maior.
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Identificando
 Apresentará:
 Elevadas taxas de percolações
 Saída de água lamacenta à jusante
 Buracos na barragem ou proximidades
 Redemoinhos no reservatório, nos casos mais graves
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Causas de ocorrência
 Defeitos de projeto
 Defeitos no processo construtivo
 Geologia desfavorável não levada em consideração
 Fissuras na barragem
 Altos gradientes hidráulicos
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Exemplos de casos de piping em 
barragens
 Acidentes em barragens de terra: danos materiais e 
perda de vidas
 “Therzaghi via-os como elos essenciais e inevitáveis na 
cadeia do processo na engenharia, pois, argumentava 
não existirem outros meios de se detectar os limites de 
validade de nossos conceitos e processos.” 
Massad, 2003
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 Barragem Fort Peck, EUA, século XIX: índice de 
vazios crítico 
 Barragem de Malpasset, França, 1959: integração 
de equipes
 Reservatório de Vajont, Itália, 1963: necessidade de 
entendimento detalhado da geologia regional 
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 Reservatório Baldwin Hills, EUA, 1951
 12 anos de operação
 Falhas geológicas e afundamentos do terreno
 Solos da fundação: silte-arenoso 
 Solo colapsível e erodível
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 Impermeabilização com duas camadas de 
membrana asfáltica, camada de solo 
compactado e filtro
 Possível recalque das fundações e trincas no 
sistema de impermeabilização
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 Barragem Teton, EUA, 1976
 Reservatório praticamente cheio
 Barragem de terra com 93 metros de altura, zoneada
 Trincheira de vedação (cut off) nas fundações 
rochosas : grande altura e pequena largura
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Rocha fraturada e solo erodível
Piping iniciado no contato solo rocha na base da 
trincheira, junto à ombreira direita
 Falha de projeto da parte de um órgão do 
governo norte-americano (United States Bureau 
of Reclamation), com experiência bem sucedida 
de projeto e construção de centenas de 
barragens
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Referências
 FAO. Manual sobre pequenas barragens de terra: guia para localização, 
projeto e construção. Roma: FAO, 2011.
 MASSAD, Faiçal. Obras de terra: curso básico de geotecnia. São Paulo: Oficina 
de Textos, 2003. 
 ROCHA, G. D. S. C. Desvio de rios para construção de barragens. Universidade 
de São Paulo. São Paulo, p.224, 2006.
 http://www.ufjf.br/nugeo/files/2009/11/togot_unid05.pdf
 http://www.em.ufop.br/deciv/departamento/~romerocesar/Aula6PPT.pdf
 http://engenharia.anhembi.br/tcc-05/civil-22.pdf
 http://www.prppg.ufpr.br/ppgcc/sites/www.prppg.ufpr.br.ppgcc/files/dissertac
oes/d0201.pdf
 http://200.131.208.43/bitstream/123456789/2724/1/DISSERTA%C3%87%C3%83O_A
valia%C3%A7%C3%A3oGeot%C3%A9cnicaMistura.PDF
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Obrigado!!
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