CURSO DE CAPACITAÇÃO EM ESTRUTURAS DE BARRAGENS: TERRA, ENROCAMENTO E REJEITOS

(1)

CURSO DE CAPACITAÇÃO EM ESTRUTURAS

DE BARRAGENS: TERRA, ENROCAMENTO E

REJEITOS

PROFESSOR: Dr. Sidnei Helder Cardoso Teixeira

(2)

Métodos construtivos de barragens de Terra

 Para a seleção de métodos construtivos, na execução de uma barragem de terra ou de enrocamento, diversos métodos devem ser considerados, incluindo-se:

• Plano de escavação das jazidas; • Processamento dos materiais; • Transporte;

• Espalhamento no maciço da barragem; • Controle da umidade;

• Compactação;

• Controle de qualidade, • etc.

(3)

Métodos construtivos de barragens de Terra

Curso de capacitação em estruturas de barragens de Terra, enrocamento e rejeitos. Professor: Dr. Sidnei Helder Cardoso Teixeira

 Na maioria das obras, à empreiteira é dada grande liberdade na escolha dos equipamentos a serem empregados na construção;

 Entretanto, em alguns casos, o equipamento pode ter um grande efeito sobre as propriedades finais do maciço da barragem, havendo necessidade de se impor algumas restrições nos tipos a serem usados;

 Por exemplo. na escavação da jazida, um equipamento que escava em lances mais profundos provoca a mistura dos materiais situados em níveis diferentes, o que vai influir nas características da seção transversal da barragem;

(4)

Métodos construtivos de barragens de Terra

 As operações básicas para a construção do maciço de uma barragem são:

(5)

Escavação



São ações voltadas á movimentos de terra relativas a extração do solo de um

meio com finalidade de implantação de fundação, sistemas de drenagem,

materiais construtivos, etc.



A escavação é usualmente executada por meio de:

• Escavadeiras;

• Pás carregadeiras;

• Dragas;

• "scrapers“;

• "loaders“;

• etc.

(6)

• São os equipamentos mais comuns de escavação. Nas jazidas de terra, em que as características dos materiais variam com a profundidade, a escavação realizada através desses equipamentos proporciona a mistura dos solos e da sua umidade;

• Pode-se controlar, grosseiramente, as porcentagens dos materiais desejados, através da variação da profundidade de corte;

• Esse efeito de mistura de materiais também pode ser conseguido no caso de enrocamentos, programando-se as alturas das bancadas de desmonte nas pedreiras;

• Após o desmonte, estes equipamentos conseguem promover a mistura dos diferentes tipos ou graduação das rochas, para a obtenção do produto desejado.

(7)

Escavação – Dragas de arrasto ( “ Drag-line”)

 As dragas de arraste têm uso menos frequente, apesar de poder trabalhar em quase todos os lugares onde não operam as escavadeiras;

 Entretanto, são muito lentas e não produzem uma mistura satisfatória dos materiais em um corte vertical. Não são aplicáveis a materiais de enrocamento e solos de consistência dura;

 A sua principal vantagem é que podem trabalhar acima do poço de escavação, sendo mais empregadas quando os materiais são muito úmidos e não apresentam capacidade de suporte para as escavadeiras;

 Possuem esteiras bem largas, conduzindo a pressões mínimas sobre o solo;

(8)

Escavação - Dragas

 As dragas de arraste são especialmente utilizadas na escavação submersa de areias e de cascalhos, sem necessidade de rebaixamento do lençol freático.

 Em certos casos, os materiais precisam ser empilhados, para a eliminação do excesso de umidade, antes da sua utilização.

 São utilizadas somente em escavações subaquáticas, principalmente para a obtenção de materiais granulares (areias e cascalhos), para a construção de filtros e transições;

 Este equipamento é também empregado na construção de aterros hidráulicos, o que traz uma grande redução no custo do transporte, pois os materiais são lançado diretamente na área do maciço da barragem.

(9)

Escavação – Motoscraper Convencional

 O motoscraper é uma particularidade do Scraper, conhecido como “ Scraper automotriz”, onde um único eixo se apoia sobre um rebocador de um ou dois eixos, através de um pescoço;

 A montagem permite ganho de aderência entre as rodas motrizes;

 Acionamento dos movimentos do “Motoscraper” é feito através de pistões hidráulicos que permitem os movimentos de abaixar e levantar;

(10)

Escavação - Scrapers

 Os "scrapers" são equipamentos que têm a capacidade de realizar as operações de escavação, transporte e espalhamento;

 Podem operar a baixa velocidade, quando puxados por trator de esteira ou mais rapidamente, quando puxados por "cavalo" de pneus;

 Os primeiros servem principalmente para raspagem e limpeza das áreas de empréstimo e somente são usados em escavação quando a distância de transporte é muito curta;

 Os últimos geralmente requerem o uso de tratores, para auxiliar na operação de carregamento. São frequentemente utilizados quando existe alguma distância de transporte;

 Os "scrapers" apresentam a vantagem de praticamente não requererem operação de espalhamento, lançando o material em camadas, quase prontas para a compactação;

(11)

Escavação - Loaders

 Quando as áreas de empréstimo são amplas, com topografia plana, constituídas de materiais uniformes, a escavação por meio de "loaders" constitui o processo mais econômico e rápido de trabalho;

 Entretanto, se a área de empréstimo é curta, a produção cai verticalmente, impossibilitando que a escavação seja feita continuamente, requerendo frequentes operações de retorno, para a retomada da bancada de escavação;

 Este tipo de equipamento não pode ser utilizado se for requerida escavação seletiva ou misturas programadas dos materiais de empréstimo.

(12)

Transporte

 O transporte dos materiais pode representar uma parcela considerável no custo do maciço da barragem e, muitas vezes, recorre-se ao aproveitamento de jazidas mais próximas, mesmo que estas sejam de qualidade inferior;

 Os equipamentos de transporte devem ter características que tornem fáceis e rápidas as operações de carga e descarga. Por outro lado, o tipo de equipamento de transporte exerce pouca ou nenhuma influência sobre as propriedades do material ou do produto acabado;

 Todavia, quando se utilizam equipamentos pesados, é preciso orientar o tráfego sobre o aterro, de forma a evitar a supercompactação, que dá origem à laminação nas camadas onde há concentração do tráfego.

 Outra alternativa para tratar este problema, é obrigar que o tráfego se concentre em uma faixa localizada, retrabalhando posteriormente as camadas afetadas pela supercompactação;

(13)

Transporte – Caminhão basculante (“Fora-de-estrada”)

 Existem diversos tipos e tamanhos de caminhões, que podem bascular para frente, para traz, ou para o lado, a sua carga.

 A escolha do tipo a ser adotado depende principalmente das dimensões da obra, do tipo de material, do volume do aterro, da necessidade ou não de grande produção, da distância de transporte e das rampas a serem vencidas;

 Os denominados "fora de estrada" são caminhões reforçados, projetados para suportar os choques que ocorrem durante a carga e a descarga de grandes blocos de enrocamento;

(14)

Transporte – Vagões

 São equipamentos com basculamento de fundo, de grande capacidade, utilizados para transporte de materiais terrosos, podendo ser operados com altas velocidades.

 O seu carregamento é feito por meio de "loaders" e a descarga se faz com o vagão em movimento, resultando uma leira extensa, que pode ser espalhada por trator de esteira ou motoniveladora de grande porte.

(15)

Transporte – Correias transportadoras



Este tipo de equipamento tem sido utilizado em poucas barragens, para o transporte

dos materiais de empréstimo;



Apresenta vantagens em locais de topografia acidentada, quando existe grande

diferença de nível entre a área de empréstimo e a barragem e o custo de construção

e de manutenção das estradas de acesso é muito elevado;



Para a melhor distribuição do material na área da barragem, o trecho final da correia

pode ser construído de forma a permitir a rotação em torno de um pivô, lançando o

material em diversos pontos do aterro ou do enrocamento;

(16)

Transporte – Calhas e tubulações

 Na execução de aterros hidráulicos, o transporte do material da área de empréstimo até a barragem pode ser feito na forma de lama, através de calhas ou de tubulações.

 As calhas são usadas quando existe diferença de nível entre os dois locais, sendo a lama Transportada por gravidade. As tubulações são usadas quando há necessidade de bombeamento.

 Este tipo de transporte é muito utilizado na construção de barragens para contenção de rejeitos, quando se utiliza o próprio rejeito como material de construção.

(17)

Espalhamento

 O material é lançado sobre a superfície do maciço, em camadas, pilhas ou leiras. As pilhas e leiras são espaçadas, de forma a serem espalhadas por trator de lâmina ou motoniveladora, formando uma camada com a espessura desejada, sem necessidade de conduzir o material a grandes distâncias;

 O espalhamento do material deve ser feito em direção paralela ao eixo da barragem (assim como a compactação), para se evitar a formação de eventuais caminhos preferenciais de percolação na direção montante-jusante;

 A espessura de espalhamento depende do tipo de material, do equipamento compactador e, às vezes, do número de passadas para a compactação;

 Deve ser determinada de forma a não resultar elevado gradiente de compactação em toda a altura da camada, isto é, não deve haver variação sensível no valor da massa específica do solo, desde o topo até a base da camada e satisfazendo aos requisitos quanto ao grau de compactação desejado;

(18)

Espalhamento - Motoniveladora



São equipamentos que apresentam grande mobilidade da lâmina de corte e

precisão de movimentos e seu posicionamentos nas situações mais diversas;



As lâminas podem ser anguladas em relação a um eixo vertical;

(19)

Espalhamento – Trator de esteira

 Nas barragens de enrocamento com núcleo de terra, o espalhamento do enrocamento deve ser conduzido, de forma a providenciar que os blocos maiores fiquem afastados e os menores próximos ao núcleo, para melhorar as condições de transição entre os dois tipos de materiais. Pra isto se utiliza os tratores de esteira;

 O trator de esteira ( Unidade escavo empurradora) que tem a capacidade de escavar e empurrar o solo;

(20)

Segregação e mistura de materiais



Na construção de aterros devem ser removidos os blocos de rocha ou

matacões de dimensões maiores que a espessura das camadas, para

não prejudicarem a sua compactação;



Dependendo da porcentagem de ocorrência, esses materiais podem ser

removidos no próprio aterro ou antes do seu lançamento na barragem;



A primeira hipótese somente é aplicável quando a porcentagem de

blocos ou matacões é reduzida, realizando- se esta operação por meio

de uma grade, colocada em substituição à lâmina do trator ou mesmo

manualmente, se este procedimento for viável;



Em caso contrário, a separação deve ser feita através de uma usina de

(21)

Segregação e mistura de materiais - Peneiramento

 Peneiras vibratórias mecânicas também comumente referidas como separadores giratórios ou máquinas de triagem, são uma parte tradicional de processamento de pós de granéis sólidos.

 Eles classificam os materiais, separando-os por tamanho de partícula através de uma malha de tela.

(22)

Correção de umidade

 A correção da umidade do material do aterro, antes de sua compactação, deve ser feita predominantemente na área de empréstimo. Na área da barragem, devido às dificuldades de homogeneização, deve ser previsto apenas o ajuste final, de, no máximo, 1 %;

 Para compensar as perdas de umidade durante o transporte e o lançamento, o material deverá ser escavado com cerca de 1 % acima do teor desejado;

 Estes procedimentos garantem melhor homogeneização do aterro e maior eficiência de compactação;

 Quando a diferença entre a umidade natural na área de empréstimo e a desejada é muito grande, as operações de correção da umidade, seja por irrigação, seja por aeração, devem ser iniciadas com bastante antecedência em relação à de escavação;  Nos casos em que é necessário acréscimo de umidade, este se faz por meio de: • caminhões-pipa;

(23)

Correção de umidade

 Na construção de enrocamentos, é recomendável proceder-se à molhagem do material, para a remoção dos finos dos contatos entre os blocos, para minimizar os recalques que ocorrem após a construção;

 Além disso, a molhagem provoca, em certos tipos de rocha, a diminuição da sua resistência e, consequentemente, a quebra dos cantos dos blocos nos contatos, contribuindo também para a antecipação dos recalques;

(24)

Correção de umidade - Gradeamento

 Quando o material de aterro se apresenta com excesso de umidade, o que ocorre principalmente após os períodos de chuva, a secagem é feita através de sua exposição ao sol, auxiliada por gradeamento contínuo da camada superficial.

 Se ocorreu chuva intensa ou prolongada, quando a superfície do aterro se encontrava revolvida, pode resultar em acréscimo tão elevado do teor de umidade, que será necessária a remoção de toda a camada solta, para o reinicio dos trabalhos após as chuvas;

(25)

Homogeneização

 Esta operação é geralmente utilizada antes da compactação, para garantir uma mistura perfeita, entre o material solto, remanescente da camada inferior e o da camada lançada, como também a uniformização da umidade em toda a espessura da camada. Este procedimento garante maior eficiência e uniformidade de compactação.

(26)

Compactação

 Os procedimentos para compactação e controle de um aterro são diferentes dos utilizados na construção de um maciço de enrocamento;

 Geralmente, as especificações para a construção de aterros estabelecem as condições para a aceitação do produto acabado, ficando a critério da empreiteira a escolha do equipamento de compactação e do número de passadas, para se chegar ao resultado desejado;

 O tipo de equipamento a ser usado e o número de passadas requeridas dependem do tipo de material e da espessura da camada de compactação;

(27)

Compactação – Tipos de equipamentos



Atualmente existe uma grande variedade de compactadores. para cada tipo

acima mencionado, puxados por diferentes tipos de equipamentos:

• Rolos pé-de-carneiro;

• Rolos do tipo "tamping“;

• Rolos pneumáticos pesados, de pneus grandes;

• Rolos vibratórios (tambor liso ou do tipo "tamping“);

• Compactadores manuais;

(28)

Compactação – Rolo pé-de-carneiro

 Este tipo de rolo e sua denominação tiveram origem na constatação de que os animais caminhando sobre uma superfície de terra produzia razoável compactação;

 O termo pé-de-carneiro foi inicialmente usado para os rolos cujas patas apresentavam uma saliência arredondada nas extremidades. Atualmente, esta denominação é utilizada para os diferentes tipos de rolos metálicos, com patas;

 Os pesos dos rolos e as dimensões das patas são as mais variáveis e o tipo mais padronizado é o especificado pelo U. S. Bureau of Reclamation;

(29)

Compactação – Rolo pé-de-carneiro (Recomendações)

 Os tambores não devem ter menos que 1,50 m de diâmetro, comprimento entre 1,20 e 1,80 m, com espaço entre dois tambores adjacentes de 30 a 45 cm;

 Cada tambor deve ser independente, para poder girar em torno de um eixo paralelo à direção do tráfego;

 Deve haver uma pata para cada 650 cm2 de superfície do tambor; o espaço entre os pés deve ser maior ou igual a 22,5 cm; o comprimento dos pés deve ser de, no mínimo, 22,5 cm;

 A seção transversal dos pés, a uma distância de 15 cm da superfície do tambor deve ser de 65 cm2 e não pode ser menor que 45 cm2, nem maior que 65 cm2, a uma distância de 20 cm dessa superfície;

 O peso do rolo, quando totalmente carregado, com areia e água, não deve ser menor que 6 toneladas, por metro de tambor;

(30)

Compactação – Rolo Pneumático



São atualmente muito utilizados, principalmente na construção de aterros de

estradas, os rolos pneumáticos auto-propulsados. São mais leves (10 a 35 ton) e

apresentam grande facilidade de manobras;



Aplicados para solos siltes arenosos, argilas arenosas e areias com pedregulhos;

a espessura da camada varia entre 10 e 20 cm;



Os pneus são menores, as rodas articuladas, dispostas em dois eixos: três

dianteiras e quatro traseiras ou quatro dianteiras e cinco traseiras;

(31)

Compactação – Rolo Pneumático



São equipados com 4 rodas pneumáticas, dispostas lado a lado;



Os pneus têm capacidade de operar com pressão variando entre 80 e 100

libras/Pol²;



As rodas têm eixos independentes entre si e de forma a que recebam cargas iguais,

quando o rolo está sendo puxado; a carga mínima é de 12 toneladas por roda;

(32)

Compactação – Rolo vibratório

 Os rolos vibratórios são usados, principalmente, na compactação e adensamento de materiais granulares (aproximação rápida das partículas);

 Podem ser rebocados ou auto-propulsados, com tambores lisos ou corrugados. A frequência de vibração é variável, podendo-se adapta-la. para resultar melhor eficiência de compactação, em função do tipo de material;

 Na compactação de enrocamentos têm sido mais utilizados os rolos de 10 toneladas que, com a vibração, introduzem impacto dinâmico, chegando a carga a atingir 25 toneladas;

 O princípio de funcionamento é baseado no acionamento da massa móvel colocada de forma excêntrica em relação à um eixo, que consequentemente provoca vibrações (frequências entre 1000 a 4800 ciclos por minuto) que se propagam no tambor e por sua vez no terreno;

 Maiores rendimentos em velocidades mais baixas;

(33)

Compactação – Rolo vibratório

(34)

Compactação – Rolo Tamping



São rolos semelhantes ao pé-de-carneiro, com patas curtas e largas,

auto-propulsados ou puxados, vibratórios ou não;

(35)

Compactação – Placa vibratória

 De um modo geral são utilizadas para solos granulares e soltos como areia, britas, pedras de pavimentação e asfaltos;

(36)

Compactação – manual



São utilizados para compactação de solo, nas primeiras camadas de fundação

em rocha e em locais de difícil acesso aos equipamentos pesados, tais como:

• Junto a estruturas de concreto;

• Proximidades da instrumentação, para prevenir contra eventuais danos que

possam ser causados pelos rolos pesados.

(37)

Compactação – Solos x Equipamentos (Aplicação)

(38)

(39)

Compactação – Enrocamentos



Até a década de 60

- A maioria das grandes barragens de enrocamento era

construída com blocos de rocha sã, lançados em camadas de espessura variável

entre 5 e 30 metros, lavados com água na proporção entre 2:1 e 4:1, em volume

(água/enrocamento).

→ Evitar recalques excessivos e desiguais.



A partir da década de 70

- Houve a necessidade de minimizar os recalques do

espaldar de montante, para não prejudicar a estanqueidade da laje apoiada

sobre este paramento.

→ Os enrocamentos passaram a ser compactados com

rolos vibratórios, em camadas de 60 a 90 cm de espessura. Esta prática permitiu

o aproveitamento de ampla faixa de materiais rochosos, tais como, rochas moles,

com certa quantidade de finos, que não eram tolerados nos enrocamentos

simplesmente lançados.

(40)

Construção de elementos filtrantes

 O tapete drenante, do sistema de drenagem interna da barragem, geralmente fica apoiado sobre a superfície da fundação, sendo constituído de camadas múltiplas, de materiais filtrantes e drenantes, de permeabilidade elevada, para permitir o escoamento das águas que percolaram através da fundação e da barragem;

 Quando a superfície da fundação é horizontal ou pouco inclinada, o tapete é construído em camadas, que são compactadas por meio de rolos vibratórios ou tratores de esteira, imediatamente após intensa molhagem;

(41)