Conclusões
6.1 Considerações Finais e Recomendações
O monitoramento de barragens por meio da interpretação dos dados dos instrumentos de auscultação é muito importante para se avaliar a segurança do empreendimento. Esse monitoramento deve iniciar durante a construção da barragem e continuar por todo o período de operação. O Capítulo 2 apresentou os principais instrumentos que devem ser instalados em barragens de terra e enrocamento, e algumas leituras desses instrumentos realizadas para algumas barragens.
Os estudos para obras de barragens na fase de projeto devem contemplar ensaios de laboratório e “in situ”, que serão à base das análises de estabilidade, percolação de água e tensão deformação do empreendimento. Essas análises, atualmente, são realizadas por programas computacionais de última geração, normalmente com solução por elementos finitos. No caso particular, de estudo tensão e deformação, o principal fator foi a escolha do modelo constitutivo que representasse as características dos materiais envolvidos. No Capítulo 3 destacou-se a modelagem do problema via programa Sigma, e as metodologias dos modelos elasto-plástico e hiperbólico.
O uso de modelos numéricos possibilitou avaliar o comportamento do material não convencional, “cascalho”, utilizado na barragem de Irapé. Esse material mostrou-se extremamente rígido, com pequenas deformações durante a construção. O maior recalque apresentado pelos instrumentos foi 1,45m. Esse valor máximo de recalque representa 0,2% da altura máxima da barragem.
No Capítulo 4 desenvolveu-se uma metodologia para obter curvas tensão deformação de ensaios triaxiais drenados ou não drenados. Isso foi possível pela obtenção dos parâmetros hiperbólicos por meio de ensaio triaxial ao empregar a metodologia de Duncan e Chang (1970) e, então, usar esses parâmetros no programa Sigma.
A conclusão deste estudo foi positiva para a simulação das curvas tensão deformação para o ensaio não drenado (CU) utilizando o modelo hiperbólico. Por outro lado, o modelo elastoplástico não forneceu resultados bons. E para a simulação das curvas tensão deformação do ensaio drenado (CD) por meio do modelo hiperbólico os resultados foram ruins, bem inferiores aos do ensaio.
Os resultados das simulações das curvas tensão deformação do programa Sigma para o material cascalho por meio do modelo hiperbólico não foram satisfatórios, apresentando valores bem menores que os valores do ensaio. Mas ao se calibrar as curvas tensão deformação pela variação das constantes “K” e “n” obtiveram-se resultados válidos. Assim, podem-se ter curvas tensão deformação de ensaios triaxiais por meio de calibração e então se obtém curvas tensão deformação para qualquer tensão de confinamento
O Capítulo 5 inicia com as simplificações realizadas para a seção transversal modelada numericamente. A exclusão de alguns materiais constituintes da barragem é um procedimento comum neste tipo de estudo e muito provavelmente não apresentou nenhum inconveniente para o modelo e nem para os resultados. Assim, validando as simplificações, que devem ser feitas.
O tamanho dos elementos finitos que compõem a malha numérica é um fator importante de ser analisado. De uma maneira geral, quanto menor o elemento mais refinado (melhor) será o resultado da simulação numérica. Em contrapartida a malha fica com maior número de nós, o que acarreta um maior tempo para resolução do problema. Portanto, é bastante
importante encontrar um equilíbrio entre o tamanho do elemento e a qualidade dos resultados. Ressalta-se que em alguns estudos, o excesso de refinamento da malha pode induzir resultados de pior qualidade. No caso da barragem de Irapé a malha com elementos de tamanho igual a 4 metros proporcionou bons resultados sem comprometer o tempo de resolução do problema.
Nesta dissertação foi avaliado o desempenho dos modelos linear elástico, elasto-plástico e hiperbólico, para o material cascalho utilizado no núcleo da barragem de Irapé. Os resultados dos recalques ao final da construção dos modelos pelo programa foram recalques máximos em torno de 1,6m a 2,2m nas cotas entre 400m e 420m. De acordo com o Capítulo 2 e dados da literatura, os recalques máximos se desenvolvem à meia altura da barragem. Isso foi comprovado para o estudo da barragem de Irapé desenvolvido para os modelos linear elástico, elasto-plástico e hiperbólico.
O estudo das tensões totais verticais para o final dos alteamentos da barragem apresentou o fenômeno do arqueamento. Essa concentração de tensões foi mais acentuada para o resultado do modelo hiperbólico e menos acentuada para o modelo linear elástico. Esse arqueamento era esperado, pois o filtro e os enrocamentos são materiais com maior rigidez que os materiais que compõem o núcleo. No caso particular, o filtro possui módulo de deformabilidade três vezes maior que o módulo do solo argilo–arenoso (J1), que é um dos materiais do núcleo da barragem.
O módulo de deformabilidade (E50) foi estipulado como função da tensão para os modelos linear elástico e elasto-plástico considerando os módulos de deformabilidade calculados para cada confinante do ensaio triaxial. A avaliação desse módulo (E50) pode ser feita através dos resultados apresentados no Capítulo 5 e constata-se que foi uma maneira válida, por se aproximar mais fielmente das condições de campo e representar os resultados do ensaio triaxial.
No final do Capítulo 5, os estudos apresentaram um confronto entre os resultados das simulações computacionais com as leituras dos instrumentos da barragem que indicam os recalques e as tensões. Algumas considerações devem ser ressaltadas:
- o ensaio triaxial mais indicado para estudos tensão deformação deve ser do tipo drenado por melhor representar as condições de campo, como a dissipação das poropressões ao longo do alteamento da barragem;
- o ideal seria a representação do módulo de deformabilidade em função das tensões de confinamento para todos os materiais que compõem a barragem.
A partir destas considerações e dos resultados apresentados no Capítulo 5 pode-se fazer análises dos resultados e chegar a algumas conclusões.
Como um todo, os resultados dos recalques e tensões horizontais e verticais para o final da construção os modelos linear elástico e elasto-plástico foram os que forneceram melhores resultados.
A primeira análise é para a comparação das tensões totais horizontais entre os resultados da célula de pressão 309 com as simulações dos modelos pelo programa Sigma. As curvas das simulações não foram muito satisfatórias, embora a curva do modelo elasto-plástico se aproxima da curva do instrumento.
A segunda análise é para a comparação das tensões totais verticais em cinco instrumentos posicionados no eixo da barragem e em cotas diferentes. As curvas apresentaram uma adequação entre os valores das simulações para todos os três modelos usados com os valores dos instrumentos. Isso é comprovado para as cinco células de pressão. Assim, os parâmetros que definem as tensões verticais foram bem definidos para a barragem como um todo pelos três modelos adotados.
Em geral, o estudo comparativo para os recalques não foi muito bom. As simulações computacionais apresentaram recalques maiores que os observados em campo. O que comprova que o material cascalho possui uma rigidez maior que a obtida pelo ensaio triaxial. Mas, pode-se destacar o modelo elasto-plástico que apresentou uma razão média de 8% maior que os recalques de campo.
O método para calibrar a curva do ensaio triaxial por meio do programa Sigma foi válida. Assim, os resultados para o modelo hiperbólico foram bons. O modelo hiperbólico não é o mais indicado para aplicação do solo cascalho. Pois ao realizar o ensaio triaxial o material é peneirado e assim a faixa granulométrica graúda do cascalho é excluída e com isso a resistência apresentada não é a resistência verdadeira do material e sim a resistência de uma porção mais fina do material.
Finalmente, pode-se indicar o modelo elasto-plástico com o uso da função E50 como o mais indicado para os estudos tensão deformação de uma barragem. Isso por ser o modelo que mais aproximou-se dos resultados de campo.
Referências Bibliográficas
Aires, A.D.B., (2006). Estudo Tensão Deformação da Barragem de Irapé - Dissertação de Mestrado – NUGEO/UFOP.
Albuquerque Junior, F.S., (1993). Análise de barragens de enrocamento com face de concreto durante o período de construção e enchimento. Tese de doutorado, PUC-Rio, Departamento de Engenharia Civil.
Bathe, K.J., (1982). Finite Element Procedures in Engineering Analysis. Prentice-Hall, New Jersey.
Bordeaux,G.H.R.M., (1980). Barragens de Terra e enrocamento 1. Capítulo 1.
Castro, C.H., (1996). Comportamento da Barragem de Serra da Mesa durante o Período de Construção. Dissertação de Mestrado, PUC/Rio, Rio de Janeiro.
Clough, R. W. e Woodward, R. J., (1967). Analysis of Embankment Stress and deformation. Journal of the soil mechanics and Foundation Division, ASCE, SM4.
Cook, R.D., Malkus, D.S. e Plesha, M.E., (1989). Concepts and Applications of Finite Element Analysis, Wiles, Toronto.
Cooke, J.B. (1984). Progress in Rockfill Dams 18th . Terzaghi Lecture. Journal of the Geotechinical Engineering Division, 110, pp 1381-1414.
Cruz, P., (1996). Cem Grandes Barragens Brasileiras: Casos Históricos, materiais de construção e projetos. Oficina de Textos, São Paulo-Brasil.
Dibiaggio, E.; Myrvoll, F.; Valstad, T.; Hansteen, H. (1982). Field instrumentation, observations and performance evaluation for the svartevann dam. Norwegian Geotechnical Institute Publication, Oslo.
Duncan, J.M. e Chang, C.Y. (1970). Nonlinear Analysis of Stress and Strain in Soils. Journal of Soil Mechanics and Foundation Division, ASCE, SM5, pp 1629-1653.
Duncan, J.M., Byrne, P., Wong, K.S.., and Mabry, P.., (1980). Strength, Stress-Strain and Bulk Modulus Parameters for Finite Element Analyses of Stresses and Movements in Soil Masses. Rport No. UBC/GT/80-01. Department of Civil Engineering, University of Caifornia, Berkeley.
Furnas (2004). Relatório DCT.T.08.033.2004-R0 – CEMIG – Companhia Energética de Minas Gerais –Consórcio Construtor Irapé –Civil – UHE Irapé – Relatório Informativo do Controle Tecnológico – Geotecnia.
ICOLD, (1995). Dam Tailures – Statistical Analysis, Boletim 99.
ICOLD, (1998). Dams Less than 30m high – Cost savings and safety improvements, boletim 109.
Kondner, R.L. (1963). Hyperbolic Stress-Strain Response: Cohesive Soils. Journal of Soil Mechanics and Foundation Division, ASCE, pp 115-143.
Krahn, J. (2003). Stress and Deformation Modeling with Sigma, An Engineering Methodology.
Kuhn, H.M.; Tucker, A.C. (1950). Nonlinear Programming, Proc. Second Berkeley Symp.Math Statistcs an Probability.
Lambe, T.W.; Whitman, R.V. (1970). Soil Mechanics. Editora John Wiley & sons, New York.
Maccarini, M. (1987). Laboratory studies of a weakly bonded artificial soil. Ph D Thesis. Imperial College, univ. of London.
Maranha das Neves, E. (1991). Static behaviour of earth rockfill dams. Advances in Rockfill Strutures. NATO ASI Series E. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers.
Marsal, R. (1973). Mechanical properties of rockfill. Embankment dam engineering. Casagrande volume. New York: John Wiley e Sons.
Massad, F. (2003). Obras de terra: curso básico de geotecnia. São Paulo, Oficina de Textos.
Materon, B. (1983). Compressibilidade e comportamento de enrocamentos Tema 1: Materiais de construção. Simpósio sobre a Geotecnia da bacia do Alto Paraná. ABMS/ABGE/CBMR.
Musman, J.V., (2002). Análise Tensão Deformação da Barragem UHE Nova Ponte.
Nakao, H.; Abreu F.L.R., (1986). Tensões e deformações do maciço compactado junto ao filtro vertical na barragem de Taquaruçu. Anais VIII Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia de Fundações, Porto alegre.
Naylor, D., (1991). Stress strain laws and parameters values. Advances in Rockfill Strutures. Edited by E. Maranhada Neves, NATO ASI Series E. Dordrecht: Kluwer academic Publishers.
Oliveira, T.C.; Sayão, A.S.F.J., (2004). Experiência brasileira na medição de deslocamentos em barragens de enrocamento. 2º Congresso Luso-Brasileiro de Geotcnia SPG/ABMS, Portugal.
Orgler, B. L. (1983). Tensões e Deslocamentos em Barragens de Terra e Enrocamento durante a construção. Exame de Proposta de Dissertação de Mestrado, PUC/RJ.
Owen, D.R.J. and Hinton, E., (1980). An Introduction to Finite Element Computations, Pineridge Press Ltd., U.K.
Parra, P.C. (1985). Previsão e Análise do Comportamento Tensão-Deformação da Barragem de Emborcação, XVI Seminário Nacional de Grandes Barragens, Belo Horizonte.
Pires, J.V.; Leite W.L; Monteiro, L.B. (1990). Análise das tensões e deformações do maciço da barragem de taquaruçu. Anais do Simpósio sobre Instrumentação Geotécnica de Campo – SINGEO, Rio de Janeiro.
Silveira, J.F.A. (1982). Deformações e deslocamentos em maciços de barragem. Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia de Fundações, Recife.
Silveira, J.F.A. (1983). Comportamento de barragens de terra e suas fundações. Tentativa de síntese da experiência brasileira na bacia do alto Paraná. Simpósio sobre a Geotecnia da Bacia do Alto Paraná, São Paulo.
Silveira, J.F.A. (2006). Instrumentação e Segurança de Barragens de Terra e Enrocamento. São Paulo, Oficina de Textos.
Sigma, (2007). Stress-Deformation Modeling With SIGMA/W 2007. Geo-Slope International Ltda. Second Edition, May 2007.
Terzaghi, K. (1960). From Theory practice in soil mechanics-writings of Karl Terzaghi, J.W. & Sons Pub., New York.
Vargas, M. (1977). Introdução à Mecânica dos Solos: Segunda parte, Hidráulica dos solos. McGraw Hill.
Anexo I
Figura I.1 - Deslocamento horizontal para o modelo linear elástico com função E50 para o cascalho.
Figura I.2 - Deslocamento horizontal para o modelo elastoplástico com função E50 para o cascalho.
Anexo II
-0,9 -0,8 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0,0 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 R eca lq u e ( m ) Elevação do Aterro (m) RM-301 LE EP HPFigura II.1 – Recalques dos modelos e do instrumento RM-301.
-2,0 -1,8 -1,6 -1,4 -1,2 -1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 390 410 430 450 470 490 510 Re ca lque ( m ) Elevação do Aterro (m) RM-305 LE EP HP
-1,6 -1,4 -1,2 -1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 380 400 420 440 460 480 500 520 R eca lq u e ( m ) Elevação do Aterro (m) RE-307 LE EP HP
Figura II.3 – Recalques dos modelos e do instrumento RE-307.
-1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 360 380 400 420 440 460 480 500 520 R eca lq u e ( m ) Elevação do Aterro (m) CS-306 LE EP HP