Análise de comportamento de barragens construídas com núcleos argilosos compactados no ramo super úmido

Abstract

Os materiais disponíveis e as características topográficas brasileiras têm conduzido quase sempre à escolha de barragens de terra e enrocamento para gerar energia elétrica. Porém existem regiões chuvosas com elevadas precipitações anuais onde se torna difícil a construção de barragens de terra homogêneas e zonadas com núcleos argilosos. Nesses lugares onde a umidade do solo é maior do que a ótima, costuma-se tratar o solo com cal ou gradear para alterar as suas características e reduzir o teor de umidade, mas esta prática geralmente causa atrasos nas construções deste tipo de barragens. Esse contexto motivou a realização desta pesquisa, esta pesquisa apresenta a determinação das propriedades geotécnicas de um solo silto-argiloso típico da região do Distrito Federal. Foram ensaiados corpos de prova compactados com energia proctor normal para analisar o comportamento desse tipo de solo na construção de barragens de terra homogêneas e também como material de núcleo em barragens de tipo zonada. Foram realizados ensaios de caracterização física, compactação, compressão oedométrica, permeabilidade, triaxiais saturados tipo CD e microscopia eletrônica de varredura em corpos de prova compactados na umidade ótima, umidade ótima +2% e na umidade ótima +5%, para analisar a variação desses parâmetros no ramo úmido da curva de compactação. Após a determinação dos parâmetros geotécnicos foram realizadas simulações numéricas em seções típicas hipotéticas, para uma barragem de terra homogênea e para uma barragem de terra zonada considerando diferentes condições de umidade de compactação do material estudado. Em termos gerais as análises de seções zonadas apresentaram um comportamento adequado e favorável, por outro lado as seções homogêneas construídas com esse material, apresentaram fatores de segurança baixos durante o rebaixamento rápido, o que quer dizer que podem ser convenientes, sempre e quando houver material suficiente no local, para fazer taludes um pouco mais abatidos e que se tomem os cuidados necessários com a escolha do equipamento de compactação, aproveitamento da estação seca, controle da área de empréstimo, selagem das áreas compactadas e acompanhamento por meio de instrumentação geotécnica durante as fases de construção e operação. ______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Available materials and topographic features of Brazil, have almost always led to choose earth and rock fill dams to generate electricity. Nevertheless there are rainy regions with high annual rainfall, where building homogeneous earth dams and zoned earth dams with core clay becomes difficult. In those places where the soil moisture content is higher than the optimum, soil treatments with lime or scarifying are used to change their characteristics and reduce the water content. This practice usually causes delays in the construction of the dams. This context has motivated this research. Here, the geotechnical silty-clay typical Federal District soil properties are determined. Several tests were performed in compacted specimens with standard Proctor energy to analyze the behavior of this type of soil in the construction of homogeneous earth dams, and as core material, in zoned earth dams. Tests like physical characterization, compaction, oedometric compression, permeability, triaxial compression CD and scanning electron microscopy (SEM), in specimens compacted at optimum moisture content, optimum moisture content +2% and optimum moisture content +5% were performed as well to analyze the variation of these parameters in the wet side of a compaction curve. Once geotechnical parameters of the soil were established, numerical simulations were performed on hypothetical typical sections, for a homogeneous earth dam and a zoned earth dam, considering different moisture conditions of the studied material on the wet side. The analyzes of zoned sections showed appropriate and positive behaviors, on the other hand the homogeneous sections built with this material showed low safety factors during rapid drawdown, which means it can be convenient , while there is sufficient material at the place to build slope with lows angles of inclination and take the necessary precautions with the choice of compaction equipment, harnessing of dry season, control of borrow area, sealing the compacted areas and geotechnical instrumentation during construction and operation of reservoir. ______________________________________________________________________________________ RESUMEN

Los materiales disponibles y las características topográficas Brasileras han llevado casi siempre a que se elijan presas de tierra y enrocado para generar energía eléctrica. Sin embargo existen regiones lluviosas con elevadas precipitaciones anuales donde se hace difícil la construcción de presas de tierra homogéneas y heterogéneas con núcleos de arcilla. En esos lugares donde la humedad del suelo es mayor que la humedad óptima, se acostumbra tratar el suelo con adición de cal o escarificarlo para reducir el contenido de agua del suelo, pero esta práctica generalmente ocasiona atrasos en las construcciones de este tipo de obras. Este contexto motivo la realización de esta investigación, este trabajo presenta la determinación de propiedades geotécnicas de un suelo limo arcilloso típico de la región del Distrito Federal. Se realizaron ensayos en cuerpos de prueba compactados con energía proctor normal para analizar el comportamiento de éste tipo de suelo en la construcción de presas de tierra homogéneas y también como material de núcleo en presas heterogéneas. Se realizaron ensayos de caracterización física, compactación, compresión oedométrica, permeabilidad, triaxiales saturados tipo CD y microscopia electrónica de barrido en cuerpos de prueba compactados en la humedad óptima, humedad óptima +2% y humedad óptima +5%, para analizar el cambio de esos parámetros en la rama húmeda de la curva de compactación. Después de determinar los parámetros geotécnicos del suelo en estudio, fueron realizadas simulaciones numéricas en secciones típicas hipotéticas, para una presa homogénea y para una presa heterogénea considerando diferentes condiciones de humedad. En términos generales las secciones heterogéneas presentaron un comportamiento adecuado y favorable, por otro lado las secciones homogéneas presentaron bajos factores de seguridad durante el rápido descenso del nivel de agua, lo que quiere decir que puede ser conveniente el uso de este tipo de presas siempre y cuando exista material suficiente en el lugar de las obras para hacer taludes con menor inclinación y se tomen los cuidados necesarios con la selección del equipo de compactación, control de la zona de préstamo, sellamiento de las áreas compactadas y acompañamiento por medio de instrumentación geotécnica durante las fases de construcción y operación.