GRANULOMETRIA
A tabela 1 apresenta resultados da granulometria, no qual foi determinado as frações inorgânica com as percentagens de Areia, Silte e Argila. Onde a maioria dos pontos de coletas no talude na barragem apresentou uma classe textural Franco Arenosa e Areia Franca. Com isso, observa-se que o talude da barragem há uma quantidade de areia excessiva. Sendo que a barragem perde grande quantidade de água pelo talude. Assim, o proprietário deve colocar um material impermeabilizante na montante ou ter sido colocado um núcleo de argila para que ocorra menor percolação no interior dos maciços.
Tabela 1 – Valores da Granulometria e classe textural
Identificação Granulome-tria
Serial Areia Silte Argila Textural
1 0,75 0,12 0,13 Franco Arenosa
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UMIDADE DO SOLO
A Tabela 2 ilustra os valores de umidade, densidade do solo, densidade de partícula e índice de vazios para as condições atuais do maciço da barragem. Pode-se verificar que a umidade do solo foi considera baixa com média igual a 2,15%. Os valores explicam a decorrência do açude não apresentar mais água na época da coleta e alta temperatura acarretar uma fácil evaporação. Em alguns pontos de coleta tanto à montante como à jusante da barragem, a umidade apresentou variação de 0,52 a 4,99% considerando todas as 15 amostras de solo. Sendo que os pontos de menor umidade 0,52% foram coletados em local mais alta do talude, enquanto no local que existiam as arvores na parte da jusante do talude a umidade já foi mais alta chegando a 4,99% e já nos locais mais baixo do talude a umidade ficou nos valores intermediários.
Tabela 2 – Valores de umidade, densidade do solo, densidades de partículas e índice de vazios
DENSIDADE DO SOLO
Os resultados mostram que a densidade do solo revelou pouca variação nos valores obtidos à montante e à jusante, com a média variando respectivamente de 1,53 e 1,51 g/cm3. Embora tratasse do mesmo solo na camada observada, era de se esperar que na camada à montante o solo tendesse a se tornar mais compacto em função do fenômeno de adensamento devido ao carreamento das pequenas partículas de solo durante a percolação e o consequente preenchimento dos vazios. Para obedecer aos limites de segurança, a densidade de solo recomendada para pequenas barragens (em que a altura do barramento, contada do nível do terreno ao coroamento, é menor ou igual a 10 metros) é de 1,53 a 1,73 g/cm3 (Atlas digital das aguas de Minas, 2007). Para este caso, verifica-se que a barragem em estudo está dentro do limite mínimo.
DENSIDADE DE PARTICULAS
A densidade de partícula foi determinada pelo medo do picnômetro com água e variou de 2,56 g/cm3 a montante e 2,36 g/cm3 a jusante. Os valores indicam particularmente as características físicas do solo. Onde, esses resultados foram fundamentais para determinar a porosidade do solo.
POROSIDADE DO SOLO
Com os resultados da densidade do solo seco e da densidade de partícula pode determinar valores da porosidade. Sendo que, nos pontos coletados na montante determinou-se valores da porosidade entre 38% a 50% e, na jusante ficou entre os valores 37% a 55%.
Pode-se analisar que alguns pontos da parede do açude apresentava uma elevada porosidade, isso demonstra, relacionando outros resultados que é justificado a grande perda de água na barragem.
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PERMEABILIDADE DO SOLO
Através do método do permeâmetro determinou-se o coeficiente de permeabilidade, no qual, com ajuda de simulações computacionais, pode-se calcular a quantidade de água que percolou pelo o maciço da parede do açude. A Tabela 3 exibe os dados utilizados para o cálculo do coeficiente de permeabilidade.
Tabela 3 – Valores para determinar o coeficiente de permeabilidade em um período de 60 segundo
Com alguns valores adquiridos através de cálculo, pode-se representar resultados de quanto é perdido de água em todo o comprimento da parede do açude durante um período de um dia, a Tabela 4 demonstra esses resultados.
Tabela 4 – Valores para determinar vazão de água na parede do açude em um período de um dia
Fonte: Autoria própria (2020).
Após os estudos de permeabilidade nas condições normais das amostras de solo indeformadas, determinou-se um ensaio das amostras de solo deformadas através da determinação dos valores do índice vazios de 0,4 e a densidade do solo seco de 1,8 g/cm3, onde, depois foi feito uma comparação entre os valores dos coeficientes de permeabilidade, sendo que no ensaio das amostras de solo deformadas apresentou um coeficiente de permeabilidade bem abaixo do que o ensaio das amostras de solo indeformadas, Tabela 5 apresenta a comparação entre a situação das amostras indeformadas com as amostras deformadas.
icr K (cm/s) A (cm2) T (24 horas) Q (cm3/dia/m) Q (l/dia)
0,108 3,54x10-3 2,0x103 8,64x104 6,6x104 3,96x103
Tabela 5 – Apresentação de valores das amostras feitas em condições normais e a Indeformadas 243,26 29,79 3,54x10-3 0,108 2,0x103 8,64x104 3,96x103
Deformadas 35,6 29,79 5,18x10-4 0,108 2,0x103 8,64x104 5,8x102
Fonte: Autoria própria (2020).
A posição do nível de água, espessura da camada permeável da fundação, os coeficientes de permeabilidade do maciço e da fundação, são fatores que apresenta efeitos consideráveis na percolação de água, (Oliveira, 2008).
Segundo Cruz (1996), os acidentes de barragem têm sido causados pela ação da água por meio dos efeitos nocivos provocados pelo seu fluxo não controlado, resultando-se em problema na estrutura hidráulica, tais como, excesso de vazamento.
Ainda de acordo com Oliveira (2008), o pé do talude de jusante da barragem é o local mais crítico para formação do piping (processo de erosão interna que ocorre de jusante para montante), devido aos elevados gradiente hidráulicos e baixos níveis de tensões confinantes.
No caso em estudo não é observado a utilização de dispositivo de drenagem para solução do gradiente hidráulico.
Nas condições atuais a barragem em estudo apresenta uma vazão nos seus maciços de 7,6x10-4 l/s/m, muito inferior aos valores recomendados. Cruz (1996) defende a quantidade de percolação admitida pelo conjunto corpo e fundação do maciço em barragem para controle de cheia ou hidrelétrica na ordem não superior a 0,08 l/s/m.
Deve-se salientar ainda que para neste estudo de caso utilizou-se uma barragem de pequeno porte com volume de água muito inferior ao de uma barragem de controle de cheias.
Mesmo considerando uma vazão baixa 7,6x10-4 l/s/m, este volume significa um valor alto considerando a necessidade de armazenamento de água para região, uma vez que acarreta uma perda de 3966 litros de água por dia com relação ao comprimento da bacia hidráulica.
VERIFICAÇÃO DA ESTABILIDADE
Utilizando a geometria da barragem, como também as propriedades do solo e o valor da carga total no programa, pode-se determinar o fator de segurança dos taludes de montante e jusante da barragem, onde verificou-se que a montante apresenta um fator de segurança de
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1,95 e de 1,474 na jusante, através do método Bishop simplificado. Com esses valores verificou-se que o açude apresenta uma estabilidade desejável em relação ao fator de segurança da parede do açude, a Figura 9 mostra os fatores de segurança.
Figura 9 – Fatores de segurança à montante e à jusante
Fonte: Autoria própria (2020).
Ainda com auxílio do software, inseriu-se um plano vertical (representado por uma linha) para analisar o comportamento da velocidade de descarga de fluxo com a profundidade.
Sendo que, no pé do talude de montante, observa-se uma velocidade de descarga de 0,75 m/dia, aumentando no centro do maciço para 1 m/dia e para 1,805 m/dia no pé do talude da jusante. Com relação a velocidade de descarga de fluxo no maciço da jusante, pode-se observar que o resultado encontrado foi bem acima do esperado, sendo que, segundo Marangon (2009) apud Casagrande (1937), o valor de um metro por dia se encaixa em solos do tipo arenoso com partículas finas, o que não é recomendado para barramentos, pois nesse tipo de estrutura é necessária certa dificuldade a passagem de água.
A simulação ainda apresenta uma linha de cor rosa, onde ela informa a ocorrência do lençol freático na parede do açude, em que abaixo dela o maciço se encontra saturado e acima está úmido. Com isso pode-se verificar que em períodos de cheia tanto o maciço quanto o pé do talude ficam saturados com água, essa condição diminui a estabilidade, favorecendo fenômenos piping, o que pode ocasionar ruptura. Devido à falta de projetos para a barragem, não foi inserido uma camada impermeável no centro da mesma para a simulação (um núcleo argiloso, por exemplo) ou filtros para alívio do pé da jusante. Sendo assim, as simulações indicam que há a possibilidade de a barragem conter uma camada mais densa e impermeável como núcleo em seu centro, sendo impossível o acesso a ela por técnicas não-destrutivas. A Figura 10 ilustra a velocidade de descarga de água.
Figura 10 – Valores da velocidade de descarga de água
Fonte: Autoria própria (2020)
Na jusante a velocidade de descarga de água pode ser ainda maior, visto que as simulações não incluem as manifestações patológicas encontradas, como árvores de grande porte mortas, buracos feitos por animais e erosões devido as chuvas. Uma situação observada no local de coleta e é apresentada na Figura 11, é as árvores inclinadas no talude da barragem, apresentando um fenômeno nomeado de rastejo, onde, acontece uma deformação plástica e superfície de ruptura devido o movimento descendente da massa de solo do talude da barragem. Esses fatores com mais a velocidade de descarga alta, pode em muito prejudicar a estabilidade da parede da barragem. Algumas dessas patologias são evidenciadas na Figura 11.
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Figura 11 – Patologias na jusante da parede do açude
Fonte: Autoria própria (2020).