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BARRAGENS DE TERRA E DEBARRAGENS DE TERRA E DE
ENROCAMENTOENROCAMENTO –– AULA 4AULA 4
Prof. Romero César Gomes
Departamento de Engenharia Civil
Universidade Federal de Ouro Preto

• equipamentos de pequeno porte (soquetes e placas
vibratórias)
• rolos estáticos: rolos lisos, rolos de pneus; rolos tipo
pé-de-carneiro
• rolos vibratórios
CompactaCompactaçção do Aterroão do Aterro

Soquetes (“sapos”) e placas vibratórias
• classificação: pressões de contato placa-solo (10
a 15 kPa)
• eficiência: trabalhos de compactação em áreas
localizadas
• podem ser utilizados em quaisquer solos
• aplicações mais comuns: compactação de valas,
trincheiras, etc.

Rolo Liso
• classificação: peso total por unidade de
comprimento do rolo (30 a 110 kgf/cm)
• área efetiva de compactação: 100%
• Eficiência: reduzida para compactação em
profundidade (limitados a camadas de espessuras
finais de até 15 cm)
• solos mais indicados (solos menos indicados):
solos granulares, enrocamentos (solos coesivos,
principalmente solos de elevada plasticidade)
• aplicações mais comuns: obras rodoviárias
(bases, subleitos e capas de rolamento).

Rolo pé-de-carneiro
• classificação: pressões de contato (1400 a 7000
kPa)
• área efetiva de compactação: 8% ~ 12 %
• eficiência: para evitar as superfícies de
laminação nas camadas compactadas
solos argilosos ou granulares com mais de 20%
de finos (solos muito granulares)
• aplicações mais comuns: aterros, barragens de
terra

Rolo Pneumático • classificação: pressão de compactação (função do
peso do rolo e da pressão de ar nos pneus)
• eficiência: compactação mais rápida e econômica
em relação à compactação com os rolos pé-de-
carneiro
solos granulares, solos finos (solos coesivos,
principalmente solos de elevada plasticidade)
• aplicações mais comuns: obras rodoviárias,
aterros, barragens de terra.

Rolo de Grelha
• classificação: pressões de contato (1400 a 6200
kPa)
• eficiência: aumentada quando associado a um
equipamento de vibração
solos granulares, areias com pedregulhos (solos
argilosos)
• aplicações mais comuns: barragens de terra e
enrocamento.

Rolo Vibratório
• classificação: podem ser dos três tipos anteriores,
possuindo um vibrador acoplado ao rolo
compactador
• área efetiva de compactação: variável
• eficiência: função da freqüência de vibração e da
velocidade de compactação do rolo (comumente
inferior a 5 km/h)
solos granulares, desde siltes a enrocamentos
(solos coesivos)
• aplicações mais comuns: aterros, barragens de
terra e enrocamento

equipamentos tipo de compactação
Equipamentos de CompactaEquipamentos de Compactaççãoão -- SSííntesentese

Equipamentos de CompactaEquipamentos de Compactaççãoão -- SSííntesentese

Variáveis da Compactação – Características dos Solos
• distribuição granulométrica;
• forma das partículas sólidas;
• Gs
• natureza e porcentagem dos finos presentes

• número de passadas do rolo
• freqüência de vibração
• espessura da camada
• velocidade de compactação
• os efeitos da compactação tendem a ser
reduzidos para mais do que 5 passadas do rolo
Variáveis da Compactação – Procedimentos de Campo

o aumento da amplitude das vibrações
induz maior efeito de compactação que o
aumento da freqüência das vibrações e,
uma vez atingida a condição de
ressonância, induz-se elevadas densidades
para o solo.

• para um dado número de passadas, obtém-se uma maior
compactação quanto menor for a velocidade do rolo.

• Dificuldades de uma simulação
adequada entre ensaios de campo e de
laboratório
• Tendência geral: valores menores de
wot em ensaios de laboratório.
• Problemas da correlação entre ensaios
estáticos em laboratório x ensaios
dinâmicos em campo
Curvas 1, 2,3,4: compactação em laboratório
Curvas 5, 6: compactação no campo
Compactação no Campo x Compactação no Laboratório

• Objetivo: promover a estabilização do solo, mediante a melhoria do seu
comportamento geotécnico.
• Metodologia: medidas sistemáticas dos valores da massa específica (ou peso
específico) do solo seco e do teor de umidade do solo ⇒ correlação direta com as
propriedades geotécnicas de interesse.
• Especificações Técnicas:
(i) pelo produto final: fixação das condições limites para a aceitação da obra (não
importa o como, interessa o resultado). Ex.: obras rodoviárias.
(ii) pelo método construtivo: fixação das variáveis de compactação pela caracterização
expressa dos procedimentos de campo ( interessa o como e o resultado em si). Ex.:
barragens de terra.
Controle da CompactaControle da Compactaçção em Campoão em Campo

• Execução de ensaios de compactação em laboratório dos solos de todas as áreas de
empréstimo: determinação de γdmax e wot ⇒ optar pelo solo de maior γdmax e, para
valores próximos de γdmax, optar pelo solo com curva de compactação mais achatada
• Retirada do solo da área de empréstimo, lançamento e distribuição uniforme do solo
sobre a praça de trabalho, efetuando-se operações de molhagem (aspersão por carro-
pipa) ou de secagem (revolvimento com grades de discos).
• Execução de aterros experimentais para seleção dos equipamentos de compactação e
das variáveis de compactação (espessuras de camadas, número de passadas do rolo, etc)
• Controle de campo dos parâmetros de compactação: GC (grau de compactação) e Δw
(desvio de umidades em relação à umidade ótima).

Parâmetros de Controle da CompactaParâmetros de Controle da Compactaççãoão
%100
max
×=
−
−
olaboratórid
campod
GC
γ
γ
otwww −=Δ
Grau de Compactação
Desvio de Umidade
• GC ≥ 95% ; Δw = ± 2%
Especificações de Referência

DeterminaDeterminaçção deão de γγdd
MMéétodos Diretostodos Diretos
Métodos
(a) Frasco de areia
(b) Balão de ar
(c) Método da água (ou óleo)
(d) Cilindro amostrador
Procedimentos
• valores conhecidos: Ms ; Vt
• calcula-se γd campo e w
• compara-se γd campo com γd max-lab
• calcula-se o grau de compactação GC
(a)
(b)
(c)

DeterminaDeterminaçção de wão de w -- MMéétodos Diretostodos Diretos
Métodos
• método da estufa: prazos incompatíveis
com o cronograma da obra
• ‘método da frigideira’
• ‘garrafa de Speedy’
As propriedades geotécnicas podem ser
bastante diferentes entre amostras
compactadas para umidades acima ou abaixo
da ótima.
w
ρd max
GC = 90%
1
2
3
Aumento de EC
ρd
w1 w2

(Holtz and Kovacs, 1981)
(a)
(b)
(c)
Princípios do Ensaio
Densidade
As radiações gamas emitidas pelo dispositivo (fonte de
rádio ou isótopo radiativo de césio) são dispersadas
pelas partículas do solo e a magnitude desta dispersão
é proporcional à densidade do solo.
Teor de Umidade
O teor de umidade é determinado em função da
dispersão de nêutrons emitidos pelo dispositivo (fonte
de isótopos de amerício - berílio) pelos átomos de
hidrogênio presentes na água do solo.
DensDensíímetrometro NuclearNuclear
• Principal desvantagem: necessidade de calibrações contínuas

Produtividade da compactação
p – volume de solo compactado por unidade de tempo (m3
/h);
B- largura (diâmetro) do rolo (m);
E – eficiência da compactação (entre 75% e 85%)
v – velocidade do rolo (km/h);
t – espessura da camada de solo a ser compactada (m);
n – número de passadas do rolo
1000.
n
BEvt
p =

labc
campoC
labd
campod
d
i
i
GC
w
w
GC
w
z
−
−
−
−
=∴
+
+
=
+=∴
+
=
++=∴+=
+
=
+
=
=
+
=
+
==
maxmax )1(
)1(
.
)1(
1
γ
γ
γ
γ
γ
γ
icic
idii
iw
i
w
i
w
i
d
γγ
)zw)(1(1.γγ)z(1γ
V
)zW(1
V
ΔWW
γ
W
ΔW
z
V
ΔWW
γ
w1
γ
γ;
V
W
γ
labc
campoc
GC
−
−
=
maxγ
γ
z
γc
(γc max , zot)
Curva de Hilf
‘peso específico convertido’
‘parâmetro das umidades’
(M(Méétodo de HILF)todo de HILF)

)0,6γ(2,4.
z1
z
Δw
:vem,ΔwdeexpressãonawLevando
w1,692,36γ:35%w10%para
)w.(1γ)zw).(1(1γ)z(1γγe
)(kN/m0,5
w1,261
23,57
γmas
)w.(1
z1
z
Δw)w(1)w(1wwΔwe
)z(1w)(1w1wwzzpara
)z(1w)(1w1ouzw)(1ww
W
w)z(1WwW
W
ΔWW
w;
W
W
w
imax
ot
ot
i
iot
otimaxot
otdmaxotdmaxoticmaximax
3
ot
dmax
ot
ot
ot
iotiotii
otototot
iiii
s
iss
s
ww
i
s
w
−
+
−=
−=≤≤
+=++=+=
±
+
=
+
+
−=∴+−+=−=
++=+∴=⇒=
++=+++=∴
++
=
+
==
(relação empírica)
(hipérbole de Kucsinski para solos brasileiros)
(pequena influência de erro de wot)
)γ0,6(2,4.
z1
z
Δw maxi
ot
ot
i −
+
−=

• Fetch efetivo
A estimativa da magnitude da onda máxima
do reservatório depende da distância a ser
percorrida pela mesma, chamada fetch. O
parâmetro de cálculo é o chamado fetch
efetivo, que é função também da forma do
reservatório e da direção do vento.
∑
∑ ⋅
= n
i
n
iix
F
1
1
cos
cos
α
α
• Sobreelevação das águas
É a elevação das águas induzida pela ação do
vento, chamada de maré. São maiores em
reservatórios rasos e de fundo irregular.
sendo zw - sobreelevação das águas (m)
vw - velocidade do vento (km/h)
F - fetch efetivo
200.63
Fv
z
2
w
w
⋅
=
ProteProteçção dos Taludesão dos Taludes

• Elevação da onda sobre o talude
Quando a onda atinge o talude da barragem, ela se eleva a uma certa altura (zr), que
depende da inclinação e rugosidade do talude, da altura e do comprimento da onda, o
qual é dado por:
sendo: λ − comprimento de onda,
vw − velocidade do vento
F − fetch efetivo
56,088,0
166,0 Fvw ⋅⋅=λ
estimativa da borda livre da barragem

Os taludes de montante sofrem a ação permanente das ondas do reservatório e, ocasionalmente, das
chuvas. São protegidos com "rip-rap" ou solo-cimento e, em geral, é construída uma berma para apoio do
"rip-rap".
O dimensionamento do "rip-rap" é feito com base em critérios hidráulicos que permitem determinar a
granulometria média do enrocamento. Em seguida uma transição entre o "rip-rap" e o aterro é determinada
de forma semelhante ao dimensionamento de filtros.
•• Taludes de MontanteTaludes de Montante

Os taludes de jusante sofrem a ação permanente das chuvas que tendem a erodir a sua superfície.
Normalmente, são adotadas as seguintes medidas para impedir os efeitos erosivos das precipitações:
- construção de bermas
- construção de canaletas e descidas de água
- cobertura vegetal (plantio de grama)
•• Taludes de JusanteTaludes de Jusante

• fundações em solos: redução da permeabilidade por meio de trincheiras de vedação (cut off) ou de cortinas de injeção
(rígidas ou plásticas)
A trincheira constitui uma continuidade do aterro compactado da barragem ao longo de uma dada profundidade dos solos
de fundação. Neste caso, uma redução significativa das vazões somente é alcançada mediante uma penetração total da
trincheira através da camada permeável de fundação e esta solução é particularmente indicada no caso de fundações
com permeabilidades decrescentes com a profundidade.
A cortina constitui uma escavação estreita (comumente 0,80m de largura) com equipamentos mecânicos e com uso de
lama bentonítica, posteriormente preenchida com solo-cimento (diafragma plástico) ou com concreto (diafragma rígido).As
cortinas rígidas são mais susceptíveis a fissuras ou trincas (principalmente no contato aterro – topo da cortina) devido aos
recalques diferenciais da barragem.
Tratamento das FundaTratamento das Fundaççõesões

• fundações em rochas fraturadas: injeções de calda ou nata de
cimento
As injeções de calda de cimento são feitas através de furos de
sondagem rotativa em diferentes malhas, visando-se obter uma
certa estanqueidade (ou uma melhor homogeneização) do
maciço rochoso fraturado. A eficiência do procedimento
depende das pressões aplicadas e da magnitude e geometria
das fraturas. As caldas devem ser relativamente grossas (fator
água – cimento inferior a 2) e penetrar em distâncias
superiores a 2m ou 3m sem a necessidade de aplicação de
pressões muito elevadas.

20
(calda)d
(solo)d
GR
85
15
>=
GR: grau ou relação de injetabilidade da calda
d15: diâmetro correspondente a 15% passante da
mistura de solo a ser tratado-calda
d85: diâmetro correspondente a 85% passante da
calda de injeção
¤ Critério de Granulometria
¤ Domínio de penetração da calda
3
1
n
λgt
0,62r ⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
r: raio da zona de penetração da calda (ft)
λ: relação viscosidade da água / viscosidade da calda
g: aceleração da gravidade (ft/s2)
t: tempo de início de pega da calda de injeção (min)
n: porosidade do solo
(Kravetz, 1958)

Injetabilidade em Solo Injetabilidade em Rocha
GR =
(D15)solo
(D85)calda
(D95)calda
GRR =
(largura da fissura)
Injeção com cimento se GR
> 11 e mais indicado
se GR > 24
Injeção com cimento se
GRR > 2 e mais indicado
se GRR > 5
Injeção com cimento e
bentonita se GR > 5
Mitchell & Katti (1981)

(i) inspeções visuais periódicas e especiais da barragem, extravasor, estruturas auxiliares e reservatório.
(ii) instrumentação geotécnica da barragem (maciço e fundações), compreendendo comumente a
instalação dos seguintes instrumentos:
• medidores de NA, para medidas do nível d’ água no maciço e na fundação da barragem;
• piezômetros, para medidas de poropressões (cargas piezométricas) em diferentes pontos do maciço e
da fundação da barragem;
• marcos superficiais, para medidas de deslocamentos verticais (recalques) da barragem;
• medidores de vazão, para medidas das vazões efluentes dos sistemas de drenagem interna e/ou das
ombreiras da barragem;
• réguas linimétricas, para medidas do nível d’ água no reservatório.
(iii) monitoramento ambiental das águas efluentes da barragem e/ou das águas subterrâneas (análises
físico-químicas, compreendendo medidas de turbidez, pH, natureza e teores das substâncias químicas
dissolvidas, presença de substâncias tóxicas e/ou radioativas, etc).
Fases de um Projeto de AuscultaFases de um Projeto de Auscultaçção de Barragensão de Barragens

Medidas de vazões constituem um dos parâmetros de correlação direta com a análise do desempenho de
uma barragem. Com efeito, as características de locação, quantidade e qualidade da água de percolação
ao longo da barragem ou da sua fundação e, particularmente, variações bruscas destas características,
podem indicar problemas associados à obstrução dos drenos, erosão interna e aumento de poropressões.
Isto é particularmente evidente na fase operacional, a partir da caracterização dos valores de referência
das vazões de percolação.
Medidores de Vazões
O procedimento típico para a medida de vazões é promover a
concentração do fluxo em caixas ou galerias de concreto, às
quais se incorporam vertedores de seção triangular ou
trapezoidal ou calhas Parshall.
InstrumentaInstrumentaçção Convencional de Barragensão Convencional de Barragens

São instrumentos destinados à determinação dos deslocamentos verticais (e também horizontais) dos
maciços da barragem. Tipicamente, os marcos de superfície são construídos com vergalhões de aço CA-
50 1½” de diâmetro e 1,1 m de comprimento. Na parte superior do vergalhão é instalada uma semi-
esfera de 15 mm de diâmetro. Esta estrutura é então chumbada com um bloco de concreto com 0,3 m de
diâmetro e 1,2 m de profundidade, nas regiões da crista, bermas e talude de jusante.
Medidores de Deslocamento Superficial
Os deslocamentos são medidos de forma bastante simples,
através de levantamentos topográficos periódicos, em relação
a marcos fixos (marcos de referência) instalados em locais ou
pontos indeformáveis fora da região de influência da
barragem.

A determinação da posição exata da linha freática no interior do maciço compactado de uma barragem
constitui subsídio de grande relevância nas análises de sua estabilidade ou na interpretação dos
resultados de sua piezometria. O princípio geral dos instrumentos para a medição do nível consiste
basicamente em se acessar diretamente a água em profundidade (por meio da simples execução de furos
de trado ou sondagem, por exemplo) e medir a cota da sua superfície por meio de um dispositivo
qualquer.
Na prática de barragens, o medidor é constituído por um tubo
de PVC perfurado que é instalado no furo de sondagem,
envolvido por material filtrante (geotêxtil) e drenante
(areia).Uma camada selante é utilizada para vedar o espaço
anular superior entre o tubo e o furo e uma estrutura de
concreto de proteção é executada em superfície.
Medidores do Nível D’água

Medidores do Nível D’água

A avaliação das condições de segurança de barragens depende, em larga escala, da magnitude e da evolução das
poropressões que se desenvolvem nos maciços, fundações e ao longo do depósito de rejeitos acumulados. No corpo
da barragem e nas fundações, as poropressões são geradas pelas tensões crescentes oriundas do próprio processo de
construção. No caso das fundações, as poropressões são geradas tanto pelas tensões de carregamento impostas pela
construção do próprio maciço e pelos acréscimos das cargas hidráulicas oriundas da subida do nível do reservatório.
Piezômetros
Os instrumentos convencionalmente utilizados para a medida de poropressões
em obras geotécnicas são os piezômetros. Estes instrumentos podem ter
diferentes naturezas e princípios de funcionamento, compreendendo tanto a
medição direta das poropressões (expressa, por exemplo, pela altura da coluna d’
água no interior de um tubo de pequeno diâmetro, nos chamados piezômetros de
tubo aberto ou de Casagrande) como a medição indireta através da correlação
com medidas de outras grandezas (por exemplo, através das medidas das
deformações de uma membrana elástica inserida no interior de um elemento
poroso, nos chamados piezômetros de membrana).

Estes piezômetros são constituídos por tubos de PVC, em cujas extremidades inferiores se acopla uma
célula (trecho perfurado de tubo envolvido com geotêxtil). A célula fica inserida em um bulbo de
material drenante e confinada num trecho limitado (usualmente de 1,0 a 1,5 m) por uma camada selante
(usualmente bentonita ou solo-cimento), utilizada para vedar o espaço anular entre o tubo e o furo. Em
superfície, o instrumento deve ser devidamente protegido.
(i) Piezômetros de Tubo Aberto (Tipo Casagrande)
A pressão da água na região do bulbo é convertida
diretamente em uma altura d’ água equivalente. Os
procedimentos de leitura são essencialmente similares
àqueles descritos anteriormente para os medidores de nível
d’água.

Os piezômetros hidráulicos são constituídos por uma pedra porosa, conectada a um painel de leitura
externo por meio de dois tubos flexíveis de nylon revestidos de polietileno, que são completamente
saturados com água destilada e deaerada. Por meio da pedra porosa, a água contida nos solos fica em
contato direto com a água no interior da tubulação e no painel de leituras. Assim, qualquer variação de
poropressão junto à célula piezométrica será automaticamente registrada no indicador externo de
pressões (manômetros mecânicos ou de mercúrio, transdutores elétricos de pressão, etc).
(ii) Piezômetros Hidráulicos
As medidas de pressões são feitas mediante a abertura
dos registros que conectam cada um dos tubos
provenientes do piezômetro hidráulico ao medidor
externo, aguardando-se a completa estabilização das
mesmas.

Os piezômetros pneumáticos, como o próprio nome identifica, efetuam as medidas das poropressões a
partir de um processo pneumático (expresso em termos da injeção de um gás, geralmente nitrogênio)
que tem por objetivos propiciar um regime de equalização de pressões internas na célula piezométrica e
forçar a deflexão de um diafragma associado à mesma. A célula piezométrica é conectada a um medidor
externo de pressões através de dois tubos flexíveis, designados como ‘tubo de alimentação’ e ‘tubo de
retorno’.
(iii) Piezômetros Pneumáticos
Através do tubo de alimentação, injeta-se gás
comprimido com pressão conhecida até a célula
piezométrica.Quando a pressão de gás torna-se maior
que a pressão da água, o diafragma se abre, permitindo o
fluxo de gás pela tubulação de retorno, que é detectado
pelo operador em superfície

São réguas graduadas inseridas em pontos estratégicos e de fácil acesso do reservatório para permitir a
leitura direta do nível da água e/ou dos rejeitos acumulados. Em alguns casos, estas medições são
complementadas por meio de levantamentos batimétricos efetuados periodicamente ao longo do
reservatório de rejeitos.
Réguas Linimétricas

PB: piezômetros hidráulicos instalados no maciço da barragem;
PN: piezômetros hidráulicos instalados na fundação da barragem;
PG: piezômetros de tubo aberto;
MN: medidores de nível d’ água.
Exemplo de Projeto de Instrumentação Geotécnica de uma Barragem

Barragem: Parâmetros de Qualidade da Água Vazões dos Filtros
X Rio de Peixe Amostras PH Turbidez Medidores Vazão (m³/h)
Efluente Filtro Efluente
Tipo de Inspeção: Nível do Reservatório Ombreira Direita Filtro Ombreira Direita
X Mensal Especial Ombreira Esquerda Filtro Ombreira Esquerda
Extravasor Extravasor
Ítens a Serem Verificados 1 2 3 Barragem
01 Acessos X Descrição da Anomalia Detectada Ação Corretiva
G 02 Assoreamento generalizado X Medidor de vazão foi limpo, e canal de escoamento do Fazer limpeza com retroescavadeira.
E 03 Processos erosivos nas margens X filtro foi dragado parcialmente.
R 04 Canaletas de drenagem superficial X
A 05 Conservação da instrumentação X Dique 01 Inspeção mensal.
I 06 Limpeza e conservação dos taludes X Tulipa encontra-se com duas janelas abertas
S 07 Limpeza e conservação das ombreiras X
08 Galeria de extravasão e vertedouro X Presença de muitos animais de pastagens e pessoas Manter vigilância da Barragem.
09 Deslocamento da crista X estranhas.
M 10 Alterações no enrocamento de montante X
A 11 Trincas e/ou rachaduras no maciço X Presença de erosão em estágio inicial no corpo da Incluido solução no Projeto da GAINS.
C 12 Presença de pequenos animais X Barragem devido ao trânsito de pessoas.
I 13 Água entre a barragem e o extravasador X
Ç 14 Água nas ombreiras ou talude de jusante X Recuperar estrada de acesso ao pé da Barragem e Incluido solução no Projeto da GAINS.
O 15 Recalques nos taludes e/ou à jusante X galeria de escoamento da água do extravasor.
16 Ineficiência ou falta de cobertura vegetal X
17 Erosão na superfície de concreto X
E 18 Trincas e fissuras nas estruturas X
X 19 Deslocamento entre os blocos X
T 20 Danos na bacia de dissipação de energia X
R 21 Descarga sólida na galeria extravasadora X
A 22 Percolação nas paredes da galeria X
23 Percolação nas paredes do extravasor X
Legenda: 1 - Situação ou condição normal Responsável pela Inspeção: Visto GAGHS: Ação Corre
2 - Situação ou condição anormal que requer maior observação
3 - Situação ou condição crítica que requer ação corretiva imediata Rogério_____________________19/03/2003 ________________ ____/___/___ _______
40,31
SECO
SECO
752.724
Exemplo deExemplo de ‘‘CheckCheck ListList’’ de Auscultade Auscultaçção de uma Barragemão de uma Barragem

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