0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,01 0,10 1,00 10,00 100,00
Diâmetro dos Grãos (mm)
M
ater
ial que passa (
%
)
16 10 4 3/8"1/2"3/4"
100 30
200 50
Figura 2.12 – Limites granulométricos para areia artificial.
2.4.6 – Argilas
Existem basicamente dois tipos de argila, J1 e J2, provenientes de jazidas homônimas na margem direita e esquerda, respectivamente. Este subitem irá se ater à argila “J1”, visto que a “J2” já foi abordada no subitem 2.4.1, relativa ao cascalho. A “J1”, também denominada de solo argilo-arenoso, conforme descrito anteriormente, deve permitir uma certa acomodação do núcleo em contato com a fundação, para isso foram especificados um grau de compactação de 98% e um desvio de umidade entre –1% e +1%.
2.5 – INSTRUMENTAÇÃO
A instrumentação possui valor vital na segurança de barragens, fornecendo informações de suma importância nos períodos construtivo, enchimento do reservatório e operacional. Durante a elevação do aterro, pode-se salientar que os dados da instrumentação têm a função de alertar sobre a ocorrência de eventuais anomalias no comportamento do maciço, possibilitar soluções menos conservadoras na fase de projeto, gerando economias significativas para a obra, obter informações sobre parâmetros específicos dos materiais empregados na barragem, possibilitar revisões de projeto e ainda direcionar a engenharia sobre a melhor época para realizar determinadas operações construtivas.
No período de enchimento do reservatório, a instrumentação permite uma avaliação estrutural do maciço entre os parâmetros, hipóteses e simplificações de projeto e os valores aferidos pelos instrumentos, também alertando sobre eventuais anomalias no comportamento da estrutura. Na fase operacional, é possível aferir se o comportamento da estrutura está satisfatório, além de permitir estabelecer previsões de comportamentos futuros do maciço.
A barragem de Irapé encontra-se instrumentada de forma adequada, tanto no tocante a quantidade quanto à qualidade e ao posicionamento dos instrumentos de auscultação da barragem. A Tabela 2.2 apresenta uma relação dos quantitativos dos instrumentos empregados.
Tabela 2.2 –Quantitativos dos instrumentos.
Instrumentos Quantidade
Marcos superficiais (MS) 51
Medidores de vazão (MV) 5
Células de pressão (CP) 33
Medidores de recalque elétrico (RE) 38 Piezômetros: elétrico (PE)/Casagrande (PC) 50/4
Caixa sueca (CS) 21
Inclinômetro (IN) 2
Placa de recalque magnético (RM) 17
Os marcos superficiais possuem a função de medir os recalques superficiais e os deslocamentos horizontais nos sentidos montante-jusante e ombreira esquerda-direita do maciço, após o término da construção. Os 51 marcos, dispostos ao longo de 9 seções transversais à barragem, conforme Figura 2.13, encontram-se adequadamente espaçados, cobrindo as superfícies da crista e dos taludes, permitindo identificar zonas de eventuais comportamentos anômalos perante os carregamentos gerados durante e após o enchimento do reservatório. As medidas fornecidas pelos marcos superficiais são referenciadas em 5 marcos fixos (ou indeformáveis) instalados em rocha.
Os medidores de vazão, como o próprio nome diz, são responsáveis pela medição dos volumes de água percolados pela barragem, permitindo obter conclusões sobre funcionamento do sistema de drenagem interna, não somente avaliando o volume, como também, se for o caso, a presença de material carreado.
Associadas às tensões atuantes em vários pontos do interior do maciço, estão as células de pressão total, que fornecem valores combinados de tensões efetivas com poro-pressões, Slope Indicator (1994). São usadas para verificar os critérios de projeto e sinalizar pressões em excesso no solo. O princípio de funcionamento destes instrumentos consiste em 2 placas de aço inoxidável soldadas entre si perifericamente, de forma a deixar um pequeno espaço entre elas. Este espaço é preenchido com óleo desaerado, que por sua vez, está conectado hidraulicamente a um transdutor de pressão, que possui a função de converter a pressão do óleo em sinais elétricos, transmitidos via cabo até a unidade de leitura. Em conjunto com os piezômetros, permitem o cálculo das tensões efetivas. Na barragem de Irapé, as células de pressão estão instaladas nas direções horizontal e vertical, visando-se obter as tensões totais verticais e horizontais, respectivamente.
As Figuras 2.14-a, 2.14-b e 2.15, respectivamente, mostram a seção de maior altura da barragem e a seção longitudinal ao longo da crista da barragem, instrumentadas, CCI (2003, h) e CCI (2003, i). Como se pode observar, várias células de pressão são instaladas na região do contato do núcleo do maciço com a fundação, tendo-se em vista a importância de se aferir os valores de tensão nesses pontos, principalmente no tocante à concentração de tensões.
Os medidores de recalque elétrico, assim como as células de pressão, utilizam a tecnologia de corda vibrante. O seu princípio de funcionamento consiste em um sensor de pressão anexado em uma placa instalada no ponto onde se deseja medir o recalque. O sensor é conectado através de dois tubos preenchidos com líquido, que se estendem lateralmente até um pequeno reservatório localizado na cabine de leitura (CL), conforme Figura 2.16. O sensor mede a carga hidráulica do líquido entre o próprio sensor e o reservatório, que indiretamente fornece as medidas de recalque.
As pressões neutras são obtidas através dos piezômetros. Os piezômetros elétricos são constituídos de um transdutor que usa um diafragma sensível à pressão associado a um elemento de corda vibrante. As pressões neutras atuam na face externa deste diafragma após passarem por um filtro, causando deformações no mesmo, o que resulta na mudança de freqüência e tensão da corda vibrante de forma proporcional à pressão piezométrica.Os instrumentos encontram-se instalados no núcleo do maciço, já que pressões neutras não se desenvolvem no enrocamento. Essas pressões são geradas pela água existente nos poros dos solos compactados, pela rede de fluxo a ser estabelecida, pelos acréscimos de tensões causados pelo peso do aterro em construção e seu adensamento. Os piezômetros possibilitam também obter informações a respeito de novas redes de fluxo, geradas, por exemplo, durante o rebaixamento do reservatório; da mesma forma, monitorar a subida progressiva da linha freática, que pode indicar um início de colmatação das camadas drenantes. Conforme mostrado na Figura 2.14-a, nota-se a intenção de instalar piezômetros alinhados no sentido montante-jusante, imprescindíveis para avaliação da perda de carga na região de vedação da barragem.
Aterro
Placa Sensor
Reservatório
Figura 2.16 – Esquema de instalação do medidor de recalque elétrico.
Os recalques também são medidos pelas caixas suecas, cujo funcionamento baseia-se no princípio dos vasos comunicantes. São instaladas caixas de concreto nos locais do maciço onde se deseja obter as medidas. Dentro destas caixas está a extremidade de um tubo preenchido com água desaerada, para minimizar o problema do surgimento de bolhas de ar, que poderiam provocar erros na medição. Este tubo, protegido por tubos de PVC reforçado, é direcionado até a cabine de leitura onde sua outra extremidade é instalada em um painel que permitirá a obtenção do valor do recalque, de forma similar ao que é feito em obras prediais da construção civil, quando operários ao utilizarem uma mangueira cheia de água, determinam pontos de mesma cota.
É relevante observar que, de acordo com a Figura 2.14-b, as caixas suecas são instaladas de forma desnivelada em relação às respectivas cabines de leitura, de modo que as caixas de concreto se encontrem em posições mais elevadas, o que permite um maior período de vida útil para o instrumento.
Os inclinômetros são bastante indicados para a medida de deformações laterais do maciço, pois permitem a obtenção de valores ao longo de várias cotas. Essas medidas, assim como as de deformações verticais, são vitais para a determinação de zonas de potenciais trincas, informando assim não apenas a necessidade de medidas corretivas, mas também uma verificação dos critérios de projeto. Os instrumentos fornecem valores de deslocamento horizontal em duas direções ortogonais, a saber: montante-jusante e ombreira esquerda-direita. O conjunto é formado por uma sonda,
cabo de controle, tubos-guia de fibra com diâmetro de 70mm e unidade de leitura. A sonda é descida nos tubos-guia instalados ao longo de verticais pelo aterro da barragem, cuja extremidade inferior está solidarizada a pontos indeformáveis, por exemplo, instalada em rocha. As leituras podem ser feitas em intervalos regulares de 0,5m ao longo da profundidade, sempre nos mesmos pontos, através da unidade de leitura, conectada à sonda pelo cabo de controle. Por meio da comparação das leituras obtidas com a leitura inicial, obtém-se a variação da inclinação em cada intervalo de medida. Essas inclinações são convertidas em deslocamentos laterais através de constantes intrínsecas do aparelho, conforme exemplificado na Figura 2.17.
Desvio lateral
Ângulo de inclinação Medida do intervalo
Tubo do Inclinômetro
Figura 2.17- Deslocamentos laterais do inclinômetro.
Instaladas ao longo do tubo do inclinômetro, estão as placas de recalque magnético. As placas de recalque são quadrados vazados de 30cm de lado, providos de um anel imantado (dispositivo magnético), instaladas durante a elevação do aterro nas várias cotas de projeto. As leituras são obtidas com a introdução de um sensor conectado a uma trena (dispositivo semelhante a um medidor de nível d’água ou “piu”) no tubo do inclinômetro. Este sensor, ao passar pelo campo magnético gerado pelo imã da placa, emite um sinal sonoro, informando a posição da placa de recalque. A precisão do sistema é de 3,0mm.
Os medidores de pH são instrumentos que fazem parte dos inclinômetros. Ao longo do tubo destes instrumentos é descido um recipiente capaz de coletar a água no interior do tubo. A água coletada é então avaliada com relação ao pH