Pesquisas sobre a instalaçÃo de células de pressão total em barragens de terra



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Comitê Brasileiro de Barragens

XXVI Seminário Nacional de Grandes Barragens

Goiânia – GO, 11 a 15 de Abril de 2005

T.97 A01


PESQUISA SOBRE OS PROCEDIMENTOS DE INSTALAÇÃO DAS CÉLULAS

DE PRESSÃO TOTAL EM BARRAGENS DE TERRA
João Francisco Alves SILVEIRA

Consutor – SBB Engenharia Ltda


Ovídio Joaquim dos SANTOS JR

Engenheiro Civil – Escola de Engenharia de São Carlos/USP

RESUMO
Dentre os instrumentos empregados na instrumentação de barragens de terra inserem-se as células de pressão total, que são particularmente recomendados para a medição das tensões efetivas em regiões da barragem afetadas por processos de arqueamento, tais como cutoffs mais profundos, núcleo impermeável das barragens de enrocamento, barragens localizadas em canyons profundos, etc. Analisam-se neste trabalho os procedimentos mais adequados à instalação da células de pressão total, que podem assegurar resultados muito bons em termos das tensões medidas. Procedeu-se à realização de uma extensa pesquisa sobre as tensões transmitidas pelos modernos equipamentos de compactação, onde pôde-se constatar uma significativa atenuação das mesmas em profundidades da ordem de 0,50 m, vindo indicar que não há necessidade da instalação das células de pressão total a grandes profundidades, conforme recomendações inicialmente realizadas por algumas associações internacionais.

ABSTRACT
Amongst the instruments used in the instrumentation of earth and rockfill dams, earth pressure cells are particularly recommended for the measurement of stresses in areas of the dams affected by arching process, such as in deep cutoffs, in narrow central core of rockfill dams, in dams constructed in deep canyons in rock, etc., where part of the dam weight is transferred to the shells by shear stress and arching. The best procedures for the installation of earth pressure cells are extensively analyzed in this paper, which can assure good results, since the type of instruments is adequately selected, the design is performed in a detailed way and they are carefully installed. An extensive research on the stress transmitted for the modern rollers was accomplished, where a significant attenuation of the stresses was observed at a shallow depth, as low as 0.50 m, indicating that it is not necessary to install the pressure cells at great depths, as recommended initially by some international associations.



Key words: Research, Instrumentation, Monitoring, Earth Pressure Cell, Total Pressure Cell, Earth Dam, Stress Distribution.

  1. INTRODUÇÃO

Dentre os instrumentos empregados na observação do comportamento das barragens de terra ou enrocamento, inserem-se as células de pressão total, ou células de tensão total para solo, que são de particular interesse para a medição das tensões efetivas em regiões da barragem afetadas por processos de arqueamento, onde, então, as tensões verticais sofrem reduções que, em situações mais críticas, podem ameaçar severamente as condições de segurança da barragem.


Enquanto que a medição de deslocamentos pode, de um modo geral, ser realizada sem maiores dificuldades e com grande precisão, a medição do nível de tensões em barragens de terra/enrocamento, requer especiais cuidados nas etapas de seleção dos instrumentos, calibração e instalação, para assegurar bons resultados. Conforme teve-se a oportunidade de verificar na instrumentação da barragem de terra de Três Irmãos, da CESP, desde que se disponha de bons instrumentos, de um detalhado projeto de instrumentação e de uma boa equipe para proceder à instalação dos instrumentos, as células de pressão total são instrumentos de boa confiabilidade, conforme atestado nesta barragem, onde pôde-se mesmo medir o coeficiente de Poisson do aterro compactado.
Especial atenção é dedicada neste trabalho à investigação da profundidade mais apropriada para a instalação das células de pressão total, em barragens de terra, no sentido de se evitar a danificação do instrumento e, ao mesmo tempo, não se atingir profundidades excessivas, que venham a implicar em grandes volumes escavados e em atrasos no cronograma executivo da barragem.


  1. TIPOS DE INSTRUMENTO

As células de pressão total podem ser basicamente de dois tipos: diafragma e hidráulica. Nas células de diafragma a pressão aplicada pelo solo ou aterro deflete uma lâmina de aço circular, que é suportada na periferia por um anel de aço. A deflexão da lâmina é sentida em sua porção interna por um transdutor de deformação (de corda vibrante ou de resistência elétrica tipo Carlson). As células de diafragma são mais apropriadas para os casos em que as tensões sobre a célula são uniformes. Em barragens de terra, onde o solo não é uniforme, contendo partículas de cascalho, por exemplo, podem ocorrer cargas de ponta ou efeitos de arqueamento localizados, inviabilizando o uso desse equipamento. Este tipo de célula é mais apropriado para ser embutido no concreto, em paredes diafragmas ou em muros de ligação de barragens.


As células hidráulicas de pressão são geralmente preferidas para emprego em barragens de terra, porque seu desempenho não é tão influenciado por carregamentos não uniformes. São geralmente constituídas por duas lâminas circulares de aço, com cerca de 23 cm de diâmetro, soldadas na periferia à uma anel de aço. O espaço entre lâminas, não excedendo cerca de 0,2 mm de espessura, é preenchido com um fluido hidráulico, tal como óleo ou glicol, no sentido de formar uma almofada de pressão. A pressão aplicada pelo solo é transmitida ao fluido da almofada, que é medido por um transdutor de deformação do tipo corda vibrante (Figura 2) ou outro tipo, de modo semelhante a um piezômetro.

Existem também as células de pressão total com formato retangular, geralmente com 10x20 cm, 15x25 cm ou 20x30 cm de lado, como aquelas produzidas pela Gloetzl, conforme pode-se observar na Figura 1.







    FIGURA 1: Célula hidráulica tipo Gloetzl.



    FIGURA 2: Célula com sensor tipo corda vibrante da Soil Instruments.

Na Tabela 1 apresenta-se uma relação das principais células de pressão total produzidas atualmente, onde constam o fabricante, os modelos de células, seu campo de leitura, precisão, sensibilidade, capacidade de carga e dimensões, com o objetivo de auxiliar na seleção das células mais apropriadas para cada caso. Nesta tabela destaca-se a existência de uma célula de pressão total da Geokon, que foi desenvolvida para medições dinâmicas de pressão, isto é, em que as variações de pressão ocorrem muito rapidamente ao longo do tempo.





(*) CL = Campo de Leitura

TABELA 1: Características das principais células de pressão total


  1. PROCEDIMENTOS DE INSTALAÇÃO

Especiais cuidados devem ser tomados na medição de tensões em um aterro, no sentido de se atenuar os erros decorrentes da inserção do instrumento e das influências causadas pelo processo de instalação. A relação entre o diâmetro e a espessura das células deve ser de pelo menos 20:1, sendo que muitas das células atuais, com Φ=23 cm e e=0,6 cm, apresentam D/e=33, atendendo amplamente esta recomendação.


Também a rigidez das células de pressão, na direção da tensão a ser medida, deverá ser da ordem da rigidez do meio onde a mesma deverá se inserir. Em particular, a rigidez da célula não deverá ser menor que a do aterro, no sentido de se evitar que o solo crie um efeito de arco, em torno da célula, transferindo parte da carga para as adjacências da célula. Desta forma, os fabricantes poderiam modificar a distância entre placas, no sentido de aumentar ou reduzir o volume de fluido e assim variar a rigidez do instrumento.
A Tabela 2, extraída do livro de Dunnicliff [1], baseia-se em dados apresentados por Weiler & Kulhawy [2], com alguns pequenos ajustes, que vem retratar de modo detalhado e bastante abrangente, os vários fatores que interferem nas tensões a serem medidas em um aterro de barragem.


Fator

Descrição do erro

Método de correção


Relação de forma (espessura / diâmetro)

A espessura da célula altera o campo de tensões no entorno da célula

Usar células relativamente esbeltas (E/D < 1/20)

Relação entre rigidez do solo/célula

Pode causar a sub ou sobre tensão na célula. Sofrerá alterações com a mudança de rigidez do solo

Escolher células de elevada rigidez e usar fator de correção

Tamanho da célula

Células pequenas estão sujeitas a erros de escala e instalação. Células grandes são difíceis de instalar e submetidas à acamamento desuniforme

Usar tamanhos intermediários de células, geralmente entre 230 – 300 mm de diâmetro

Comportamento tensão x deformação do solo

Medições influenciadas pelas condições de confinamento

Calibrar a célula nas condições de campo (de utilização)

Efeitos de instalação

Instalação e reaterro causam alterações nas propriedade dos materiais e no campo de tensões ao redor da célula

Utilizar técnica de instalação que cause a mínima alteração nas propriedades do material e no campo de tensões

Excentricidade, desuniformidade e pontualidade do carregamento

Granulometria acentuada do solo em relação ao tamanho da célula.

Aumentar o diâmetro efetivo da célula. Usar células hidráulicas com ranhuras na face ativa. Tomar cuidado na uniformidade das camadas

Proximidade de estruturas e outros instrumentos embutidos

Interações de campos de tensão nas proximidades do instrumento ou de estruturas, causam erros de leitura

Usar espaçamento adequado entre os instrumentos

Orientação da célula

Mudanças na orientação da célula durante a instalação podem causar erros de leitura

Utilizar método de instalação que minimize alterações na orientação. Instalar eletroníveis junto à célula

Concentração de tensões normais na extremidade da célula

Causa uma diminuição ou aumento na leitura, dependendo da relação da rigidez entre solo e célula

Para células diafragma usar anel inativo de borda rígida para reduzir a área sensível (d/D = 0.6). Para células hidráulicas usar as que possuem ranhuras na superfície e uma delgada camada líquida

Deflexão na face ativa

Excessiva deflexão na face ativa da célula, causa mudança no campo das tensões por arqueamento

Projetar células de baixa flexibilidade: para célula diafragma, a relação diâmetro/deflexão > 2000 – 5000; para células hidráulicas utilizar delgada camada líquida

Tensões de instalação

Sobretensão durante a compactação do solo pode danificar permanentemente a célula

Verificar se a célula e o transdutor são adequados para as condições de campo

Corrosão e Umidade

Podem causar falha nos componentes da célula

Utilizar materiais apropriados e alta resistência à prova d’água

Temperatura

Mudanças de temperatura causam alterações na leitura da célula

Escolher células com pouca sensibilidade a temperatura, caso seja necessário, utilizar um fator de correção determinado na calibração em laboratório

Medição dinâmica de tensões

Tempo de resposta, freqüência natural e erros causados pela inércia da célula

Utilizar células e transdutores de tipo apropriado, conjuntamente com calibração dinâmica

TABELA 2: Fatores que afetam as medições com células de pressão, Dunnicliff/88.

Um outro fator que afeta as medições realizadas com as células de pressão, resulta de mudanças que a orientação das células pode apresentar, após os procedimentos de instalação no campo. DiBiaggio [3], por exemplo, constatou mudanças de orientação de células instaladas em um plano vertical, em um núcleo de moraina em uma barragem de enrocamento, conforme medições com um clinômetro (tiltmeter), montado junto com as células, de até 18º no posicionamento da célula. Isto foi observado quando o aterro atingiu 3,4 m acima da célula de pressão, mostrando, aparentemente, uma clara influência dos equipamentos de compactação. Evidentemente que no caso das barragens com núcleo de material muito heterogêneo, como as morainas, este tipo de problema é maior, prevendo-se que barragens confeccionadas com solos uniformes, como soe ocorrer nas barragens brasileiras, este tipo de problema seria bem menor.


Em termos da instalação no aterro de uma barragem, o procedimento padrão para a instalação das células de pressão, individualmente ou através de uma roseta de 3 a 5 células, é através da escavação de uma trincheira, a qual é posteriormente preenchida com o mesmo solo do aterro, no mesmo teor de umidade, após a instalação das células de pressão. A Sociedade Internacional de Mecânica das Rochas – ISRM publicou em 1981 um boletim técnico, recomendando a instalação em uma grande trincheira, que permitiria acomodar até cinco células, conforme mostrado na Figura 3, com 4,0 x 4,0 m em sua base e 2,0 m de profundidade, com taludes laterais inclinados de 1:5 (V:H).

FIGURA 3: Trincheira recomendada pelo ISRM/81, para instalação das células de pressão.


A escavação principal deveria ser, então, preenchida com o mesmo material do aterro, no mesmo teor de umidade, removendo-se pedaços de rocha maiores que o tamanho da célula. Destaca-se que esta última recomendação não é muito correta, pois a instalação de células de tensão em barragens de concreto, vem revelar que o tamanho máximo do agregado, para não falsear as leituras do instrumento, deve ser inferior a D/3 ou, preferencialmente, D/5. Destaca-se, ainda, a excessiva quantidade de solo a ser escavado do aterro, tendo depois que ser re-compactada manualmente, o que viria não apenas implicar em atraso no cronograma de obra, como acabar prejudicando a instalação do instrumento, pelo excessivo volume de aterro a ser re-compactado manualmente.
Na barragem de Três Irmãos, conforme reportado por Silveira & Pínfari [4], procedeu-se a instalação de uma roseta com três células de pressão na base do aterro (Figura 4), empregando-se uma trincheira com cerca de 0,8 m de profundidade e taludes laterais com inclinação 1:1, com resultados muitos bons, que permitiram até mesmo, pela primeira vez em nosso país, o cálculo do coeficiente de Poisson in situ em uma de nossas barragens.


    FIGURA 4: Trincheira para a instalação das células na barragem de Três Irmãos.



Na barragem de Irapé, em Minas Gerais, a Projetista optou pela instalação das células de pressão total em trincheiras com 1,0 m de profundidade e 1,5 m na base, com inclinação dos taludes laterais 1:2 (V:H), o que deverá assegurar bons resultados da instrumentação, conforme experiência com a própria barragem de Três Irmãos, porém o volume de aterro a ser re-compactado praticamente dobrou, conforme pode-se observar na Tabela 3 a seguir, onde procede-se à uma comparação entre as dimensões destes vários tipos de trincheiras, assim como com seus volumes.


Barragem / Entidade

Base inferior

(m)

Profundidade

(m)

Inclinação talude (V:H)

Volume

(m³)

ISRM (*)

4,0 x 4,0

2,0

1:5

112,0

Barragem Três Irmãos

1,6 x 2,7

0,8

1:1

5,2

Barragem Irapé

1,5 x 2,6

1,0

1:2

9,1

SBB Engenharia

1,2 x 2,1

0,6

1:1

2,3

(*) Trincheira para a instalação de 5 (cinco) células de pressão.

TABELA 3: Dimensões das trincheiras para instalação de 3 a 5 células de pressão total.


Destaca-se, nesta tabela, o volume descomunal da trincheira proposta pelo boletim da ISRM/83, que ao atingir 112 m³ viria implicar em um elevado custo de instalação,

o qual viria ultrapassar em muito o próprio custo da instrumentação (projeto e aquisição), além das implicações com o cronograma construtivo e com a piora de qualidade que a compactação cuidadosa de tal volume de solo acabaria ocasionando. Nesta tabela inclui-se também a recomendação da SBB Engenharia, proposta neste trabalho, que ao reduzir a profundidade da trincheira para apenas 0,6 m, tendo por base os resultados das pesquisas sobre a distribuição de tensões em profundidade, pelos modernos equipamentos de compactação, viria simplificar sobremaneira a instalação e assegurar, provavelmente, melhores resultados nas tensões medidas.


  1. PRESSÕES APLICADAS PELOS EQUIPAMENTOS DE COMPACTAÇÃO

Tendo por objetivo avaliar o nível das tensões verticais transmitidas pelos modernos equipamentos de compactação, sejam eles rolos lisos ou vibratórios, sobre as células de pressão total instaladas em profundidade, pesquisou-se inicialmente quais eram as tensões aplicadas na superfície do aterro, por rolos lisos e rolos tipo pé de carneiro, através de uma consulta via internet e de consultas diretas aos fabricantes destes equipamentos. Na Tabela 4 a seguir apresentam-se quais foram os equipamentos estudados, assim como suas principais características.





Equipamento

Área de contato (1)

(cm²)

Pressão de contato

(kPa)

Rolo Liso

CATERPILLAR – Modelo CS-531D

5335

98,7

DYNAPAC – Modelo CA 262D

5334

103,0

DYNAPAC – Modelo CA 602D

5334

233,5

Rolo Pneumático

CATERPILLAR – Modelo PS-200B

196,3

1007,0

CATERPILLAR – Modelo PS-360B

376,2

931,0

DYNAPAC – Modelo CP 271

346,9

848,1

DYNAPAC – Modelo CP 221

445,16

668,8

Rolo Pé-de-Carneiro

CATERPILLAR – Modelo 815 F

134,0

542,5

CATERPILLAR – Modelo 825G Series II

192,0

597,1

DYNAPAC – Modelo CA 152PD-PDB

83,87

947,2

DYNAPAC – Modelo CA 602PD

148,39

1679,0

DYNAPAC – Modelo CT 262

200,0

376,0

(1) Para o rolo pé-de-carneiro a área designada é a de cada pata, enquanto que para o pneumático a área designada é a correspondente a cada pneu.

TABELA 4: Equipamentos utilizados para a determinação das tensões de acordo com os tipos de Rolo.


Nas Figuras 5 e 6 apresentam-se os rolos tipo Pé-de-Carneiro, modelo 815F da Caterpillar e o rolo tipo Pneumático, modelo CP271, da Dynapac, que foram dois dos 12 diferentes equipamentos aqui estudados.

FIGURA 6:Rolo CP271 da Dynapac




    FIGURA 5: Rolo 815F da Catterpillar.


  1. INVESTIGAÇÕES SOBRE A PROPAGAÇÃO DAS TENSÕES EM PROFUNDIDADE

Para o estudo da propagação das tensões em profundidade optou-se inicialmente pela utilização dos programas contidos no conjunto Geo-Slope Office, em sua versão estudantil. Para o estudo utilizou-se o software Sigma/W, que é parte integrante deste conjunto. Esse programa emprega o Método dos Elementos Finitos, para determinação da propagação das tensões no aterro compactado de uma barragem.


Para utilização do programa, fez-se necessária a definição de uma malha de elementos. A versão estudantil do programa limita a quantidade de elementos utilizados. Sendo assim, para permitir um melhor detalhamento, optou-se pela idealização simétrica da malha. A área de carregamento inicialmente considerada foi de 1 metro de largura, ou seja, 0,5 metro no modelo, devido à simetria. A pressão a ser aplicada na superfície foi de 100 kPa. Procurou-se definir a área de carregamento e a pressão aplicada, com valores que facilitariam a extrapolação dos resultados.

Na Figura 7, a seguir, pode-se observar a malha adotada e um dos resultados obtidos.



FIGURA 7: Detalhamento da região onde ocorrem tensões de até 5 kPa (5%).


O programa Sigma/W representa uma ótima ferramenta para o estudo da propagação das tensões, contudo, uma limitação importante para o estudo das células de pressão total, decorre do bidimensionalismo imposto pelo software. O programa considera a aplicação do mesmo sobre uma faixa infinita, com a largura definida no modelo. Entretanto, para os equipamentos de compactação considerados, o carregamento ocorre sobre uma área retangular, e a propagação desse carregamento é tridimensional. Na Figura 8, pode-se observar a ilustração esquemática da diferença na propagação das tensões, para o caso bidimensional e para o caso tridimensional.

(a) (b)


    FIGURA 8: Esquema de distribuição de tensões segundo modelo bi (a) e tridimensional (b).

Sendo assim, optou-se pela confecção de uma planilha de cálculo, para determinar as tensões que ocorriam no eixo vertical que passa pelo ponto central da área carregada. Para tal, utilizaram-se as equações obtidas por Poulos & Davis [5], para área retangular, carregada por uma pressão p, em um meio isotrópico, como mostrado a seguir.



onde,


Com as equações acima, e uma área definida, foram realizados cálculos considerando-se “l” e “b” como sendo metade das dimensões laterais da área carregada superficialmente. A tensão obtida no cálculo foi multiplicada por 4, para representar a ocorrência das 4 áreas em que o retângulo foi dividido.


Utilizando-se a formulação mostrada acima, foi confeccionada uma planilha para a determinação das tensões que ocorriam no eixo do carregamento aplicado. A consideração de somente uma área retangular carregada, não seria compatível com a realidade dos Rolos Pé-de-Carneiro e Pneumáticos. Por isso, o modelo foi concebido considerando várias áreas carregadas, como mostrado na Figura 9 a seguir.


    FIGURA 9: Modelo para simulação do carregamento imposto pelos rolos.



O modelo possibilitou a definição das medidas de cada área a ser considerada (l x b), da distância entre as áreas (b’), e da quantidade de áreas carregadas. Para cada um dos equipamentos estudados o modelo permitiu a determinação das tensões a cada 0,25 m de profundidade, construindo-se com esses valores um gráfico da distribuição das tensões para cada caso. Na Figura 10 pode-se observar um gráfico típico obtido pela planilha.

FIGURA 10: Exemplo de planilha obtida para um dos equipamentos estudados.


Vale ainda salientar que para os casos do rolo de compactação liso, foi considerada a ocorrência de somente uma área, com as dimensões desejadas. Para os rolos pneumáticos, considerou-se somente uma fileira na direção perpendicular à do deslocamento do equipamento. No caso do rolo pé-de-carneiro, foi considerada a ocorrência de 1 ou 3 “fileiras” de áreas carregadas (patas), de acordo com a indicação do fabricante. Na Tabela 5 a seguir, apresentam-se as tensões obtidas, para cada equipamento, a 0,5, 1,0 e 2,0 metros de profundidade.


Equipamento

Tensão (kPa)

Superfície

0,5 m

1,0 m

2,0 m

Rolo Liso

CATERPILLAR – Modelo CS-531D

98,7

29,8

14,0

5,1

DYNAPAC – Modelo CA 262D

103,0

31,1

14,6

5,3

DYNAPAC – Modelo CA 602D

233,5

70,4

33,1

12,1

Rolo Pneumático

CATERPILLAR – Modelo PS-200B

1007,0

78,3

32,6

10,5

CATERPILLAR – Modelo PS-360B

931,0

72,1

30,5

10,7

DYNAPAC – Modelo CP 271

848,1

86,3

39,4

14,3

DYNAPAC – Modelo CP 221

668,8

79,4

32,1

9,8

Rolo Pé-de-Carneiro

CATERPILLAR – Modelo 815 F

542,5

50,6

19,8

5,7

CATERPILLAR – Modelo 825G Series II

597,1

65,8

28,9

8,9

DYNAPAC – Modelo CA 152PD-PDB

364,3

29,3

12,8

4,2

DYNAPAC – Modelo CA 602PD

645,8

70,6

34,1

12,3

DYNAPAC – Modelo CT 262

376,0

50,1

20,2

5,9

    TABELA 5: Tensões obtidas para cada equipamento a 0,5, 1,0 e 2,0 metros de profundidade.

    Na Figura 11 a seguir apresenta-se, em forma gráfica, as tensões em função da profundidade (Superfície, 0,5, e 1,0 metros).






    FIGURA 11: Gráfico com a representação das tensões obtidas a cada profundidade.



Ressalta-se, portanto, desta tabela que os rolos de compactação do tipo liso, aplicam superficialmente tensões da ordem de 150 kPa, que correspondem a

apenas 17% da tensão média aplicada pelos rolos pneumáticos (860 kPa). Entretanto, a 0,50 m de profundidade as tensões transmitidas por estes dois tipos de

equipamentos, não são assim tão discrepantes, visto que as tensões verticais transmitidas pelos rolos lisos e pneumáticos são, respectivamente, de 44 kPa e 78 kPa, como conseqüência de uma significativa atenuação de tensões que ocorre entre a superfície e 0,50 m de profundidade.
Enquanto que os rolos do tipo liso aplicam na superfície do terreno tensões verticais não muito altas, porém sobre áreas mais extensas, os rolos pneumáticos e do tipo pé de carneiro, aplicam altas tensões sobre superfícies reduzidas. Nestes casos, em que ocorrem altas tensões concentradas, a atenuação das tensões ocorre de modo bastante acentuado, atingindo-se valores de apenas 10% da tensão superficial a cerca de 0,50 m de profundidade.


  1. PROFUNDIDADE RECOMENDADA PARA A INSTALAÇÃO DAS CÉLULAS

A investigação da propagação das tensões transmitidas pelos modernos equipamentos de compactação, veio revelar que a cerca de 0,50 m de profundidade a tensão vertical é da ordem de 30% da tensão superficial, para os rolos do tipo liso, e da ordem de apenas 10% da tensão superficial, para os do tipo pneumáticos ou pé de carneiro. Isto vem implicar em tensões verticais da ordem de 30 a 70 kPa, a 0,50 m de profundidade, as quais seriam à princípio perfeitamente aceitáveis pelas células de pressão total, desde que não ocorra grande variação da tensão vertical aplicada, de uma extremidade da célula para a outra.


A única carga adicional imposta por alguns equipamentos de compactação, aqui não considerada, decorre das tensões de origem dinâmica, transmitidas por alguns equipamentos. Julga-se que a influência das mesmas sobre as células de pressão total só poderia ser avaliada eficientemente, através de calibrações in situ, que fogem do escopo deste trabalho. Trata-se, todavia, de esforços aplicados durante lapsos de tempo muito curtos, que não submeteriam a almofada da célula ou o sensor propriamente dito, à solicitações que poderiam danificá-los, mas sim as conexões entre os diferentes componentes da célula. Estas conexões têm, todavia, de ser muito bem confeccionadas e vedadas, para se evitar choque ou a entrada de umidade, de modo a poderem suportar, à princípio, estes esforços dinâmicos, aplicados apenas durante as 6 (seis) ou 8 (oito) passadas dos equipamentos de compactação, sobre o instrumento.
Tendo por base os resultados apresentados nesta pesquisa, na qual se investigou a propagação das tensões aplicadas pelos modernos equipamentos de compactação, em profundidade, que a instalação das células de pressão total a cerca de 0,60 m de profundidade, ou seja, correspondente à espessura de cerca de 3 camadas compactadas do aterro, já seriam o suficiente para a atenuação, de modo expressivo, das tensões aplicadas em superfície. Desde que se tratem de instrumentos de boa procedência, bem confeccionados e calibrados e instalados adequadamente, julga-se que seria remota qualquer possibilidade de dano.
Para que os resultados sejam satisfatórios, em termos das tensões medidas, é de fundamental importância o bom assentamento das células e a boa compactação do

reaterro, sobre a trincheira aberta para a instalação dos instrumentos, de uma determinada roseta. Vem-se aqui recomendar, para a instalação de um conjunto de

três células de pressão total, para a medição das tensões vertical, longitudinal e transversal (conforme esquema ilustrado na Figura 3), que seja escavada uma trincheira com 1,2 x 2,1 m de base e 0,6 m de profundidade, o que viria implicar em um volume de escavação de apenas 2,3 m³. Com a escavação de um volume desta ordem e o posterior reaterro, o tempo de instalação da roseta seria extremamente reduzido, facilitando também a operação de re-compactação do aterro, de modo a se assegurar características de compactação similares à do aterro da praça adjacente.


  1. CONCLUSÕES

Dentre os instrumentos empregados na instrumentação de barragens de terra ou enrocamento, inserem-se as células de pressão total, que são particularmente recomendadas para a medição das tensões efetivas em regiões da barragem afetadas por processos de arqueamento, tais como em cutoffs mais profundos, no núcleo impermeável de barragens de enrocamento, em barragens construídas através de canyons em rocha, etc. Tratam-se, portanto, de instrumentos de grande valia sob o aspecto de supervisão das condições de segurança da barragem, mas que requerem instrumentos devidamente selecionados e procedimentos de instalação dos mais aprimorados, para que os resultados obtidos sejam satisfatórios.


Teve-se a oportunidade de apresentar neste trabalho alguns resultados referentes à medição de tensões, em uma seção transversal da barragem de terra de Três Irmãos, onde os resultados obtidos há cerca de 20 anos, foram dos mais confiáveis, permitindo inclusive o cálculo do coeficiente de Poisson do aterro compactado. Para o bom desempenho destes resultados, contou-se com instrumentos de bom desempenho e instalados por uma equipe altamente experiente, que estava vindo da barragem de Ilha Solteira, da CESP, que consistiu em grande escola, para a instrumentação de barragens de terra, no Brasil.
Segundo os procedimentos de algumas associações internacionais, como a ISRM, há a necessidade de realização de grandes escavações, para a instalação de rosetas de 3 a 5 células de pressão total, em barragens de terra. Tais procedimentos proporcionam grandes dificuldades em termos de cronograma executivo da barragem e re-compactação adequada de grandes volumes de solo. Em decorrência disso, decidiu-se proceder à uma pesquisa sobre as tensões transmitidas pelos modernos equipamentos de compactação, e de sua propagação em profundidade, através de técnicas computacionais adequadas.
Pôde-se constatar, então, que, enquanto se observa uma grande variação das tensões superficiais aplicadas pelos diferentes equipamentos analisados (rolos lisos, pneumáticos e pé de carneiro), com variações entre 100 e 1.000 kPa, a cerca de 0,50 m de profundidade, as tensões verticais aplicadas sobre as células de pressão total são da ordem de 30 a 70 kPa, apenas, sendo, à princípio, perfeitamente aceitáveis pelas células de pressão, sob boas condições de instalação. Estas condições só são asseguradas por equipes de instalação experientes e cuidadosas,

de modo a assegurar que as células fiquem adequadamente posicionadas e em perfeito contato com o aterro compactado da barragem.


  1. AGRADECIMENTOS

Os autores vêm expressar os seus agradecimentos à SBB Engenharia, pelas pesquisas realizadas e pela possibilidade de divulgação destes dados. A SBB Engenharia atua na área de “Segurança de Barragens” e decidiu subsidiar esta pesquisa. Julga-se ser de relevante importância a divulgação destes dados ao meio técnico, tendo em vista a importância da medição de tensões em barragens de terra/enrocamento, particularmente quando ocorrem processos de arqueamento, que podem reduzir de forma perigosa as tensões efetivas, favorecendo a ocorrência de um processo de piping e comprometendo as condições de segurança da barragem.




  1. PALAVRAS-CHAVE

Pesquisa, Instrumentação, Auscultação, Célula de Pressão Total, Barragem de Terra, Distribuição de Tensões.




  1. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] DUNNICLIFF, J. (1988) - “Geotechnical Instrumentation for Monitoring Field Performance”, Capítulo 10: “Measurement of Total Stress in Soil”, Livro da editora Wiley-Interscience, New York;


[2] WEILER, W.A. e KULHAWY, F.H. (1982) - “Factors Affecting Stress Cell Measurements in Soil”, Journal Geotech. Eng. Div. ASCE, Vol. 108, No GT12, Dec., pp. 1529-1548;
[3] DIBIAGGIO, E. ,(1977) - "Field Instrumentation - A Geotechnical Tool", Norwegian Geotechnical Institute Pub. No 115 - pp.29-40.
[4] SILVEIRA, J.F.A.; PÍNFARI, J. (2003) - “A Medição “In Situ” do Coeficiente de Poisson em Uma de Nossas Barragens”, XXV Seminário Nacional de Grandes Barragens, Salvador.
[5] POULOS, H.G.; DAVIS E. H. (1974) “Elastic Solutions for Soil and Rock Mechanics”, John Wiley & Sons, Inc., Nova York.


XXVI Seminário Nacional de Grandes Barragens





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