Através da construção das malhas de elementos finitos para seções na barragem e no vertedouro (ver figuras I.1 e I.2, no Anexo I), seguindo os critérios descritos no capítulo anterior, foram obtidas, no software DW3D, 12 (doze) seções que ilustram o aumento das subpressões em conseqüência da colmatação progressiva dos drenos de fundação, Figuras 5.1 e 5.2. As 6 (seis) hipóteses estudadas estão identificadas a seguir, com os respectivos valores de permeabilidade adotados para cada situação.
Situação 01Drenos livres;
Situação 02Drenos preenchidos com brita de permeabilidade K= 0,001 m/s;
Situação 03Drenos preenchidos com areia grossa de permeabilidade K= 0,0005 m/s; Situação 04Drenos preenchidos com areia média de permeabilidade K= 0,00025 m/s; Situação 05Drenos preenchidos com areia fina de permeabilidade K= 0,00001 m/s; Situação 06Drenos completamente colmatados.
Barragem – Situação 01 Drenos livres.
Figura 5.1 (a) – Diagrama comparativo de subpressão na fundação da barragem para as 6 (seis) situações estudadas.
Barragem – Situação 02
Barragem – Situação 03
Drenos preenchidos com areia grossa de permeabilidade K= 0,0005 m/s.
Figura 5.1 (c) – Diagrama comparativo de subpressão na fundação da barragem para as 6 (seis) situações estudadas.
Barragem – Situação 04
Barragem – Situação 05
Drenos preenchidos com areia fina de permeabilidade K= 0,00001 m/s.
Barragem – Situação 06 Drenos completamente colmatados.
Vertedouro – Situação 01 Drenos livres.
Figura 5.2 (a) – Diagrama comparativo de subpressão na fundação do vertedouro para as 6 (seis) situações estudadas.
Vertedouro – Situação 02
Vertedouro – Situação 03
Drenos preenchidos com areia grossa de permeabilidade K= 0,0005 m/s.
Figura 5.2 (c) – Diagrama comparativo de subpressão na fundação do vertedouro para as 6 (seis) situações estudadas.
Vertedouro – Situação 04
Drenos preenchidos com areia média de permeabilidade K= 0,00025 m/s.
Vertedouro – Situação 05
Drenos preenchidos com areia fina de permeabilidade K= 0,00001 m/s.
Figura 5.2 (e) – Diagrama comparativo de subpressão na fundação do vertedouro para as 6 (seis) situações estudadas.
Vertedouro – Situação 06 Drenos completamente colmatados.
Para efetivar a comparação entre os esforços previstos e o carregamento atual foi pesquisado o memorial de cálculo de estabilidade da barragem de Guilman-Amorim. Estes documentos encontram-se armazenados na biblioteca do escritório central da Leme Engenharia, em Belo Horizonte, sob a numeração AIP-CL-B10-001 – Barragem – Memória de Cálculo – Volumes I a IV – Outubro/96.
O memorial tem como objetivo a verificação da estabilidade da barragem de gravidade e vertedouro.
Durante a fase de projeto da barragem, foram escolhidas 3 (três) seções de análise, sendo 2 (duas) na barragem e 1 (uma) no vertedouro. Em cada seção foram considerados 3 (três) planos de ruptura, assim sendo:
1- Contato entre concreto e rocha, com coesão de 100 kN/m² e ângulo de atrito entre as duas superfícies de 45°.
2- Plano ao longo da falha regional suborizontal existente, com coesão de 100 kN/m² e ângulo de atrito de 35°.
3- Outros planos horizontais no corpo da barragem, com cotas aproximadamente coincidentes com as camadas de concretagem.
Nesta dissertação, conforme descrito anteriormente, as análises foram conduzidas em seções semelhantes, porém distintas das utilizadas em projeto, referentes aos locais onde foram instalados os piezômetros, baseando-se nos documentos de “as built” e em levantamento de campo.
No memorial de cálculo do projeto, o peso específico considerado do concreto compactado foi de 23,7 kN/m³ e para o cálculo do assoreamento foram considerados os seguintes parâmetros:
-Coeficiente de empuxo: 0,5;
-Peso específico do material submerso: 13 kN/m³;
A subpressão foi avaliada segundo os critérios do U.S.B.R., descritos no item 2.4.1, não sendo considerada a hipótese de inoperância completa dos drenos, e sim a hipótese de 50% de eficiência do sistema de drenagem.
O Fator de segurança considerado para a fase de operação foi 1,5.
Para a verificação de estabilidade, foram estudados 8 (oito) casos de carregamento, conforme indicado:
1- Caso de carregamento normal CCN
. N.A. de Montante na EL.: 495,00 m (Máximo Normal); . N.A. de Jusante na EL.: 466,00 m (Mínimo Normal); . Peso próprio;
. Sedimento; . Drenos operantes;
. Vertedouro de fundo com comportas fechadas. 2- Caso de carregamento excepcional CCE-1
. N.A. de Montante na EL.: 495,00 m (Máximo Normal); . N.A. de Jusante na EL.: 475,50 m (Máximo Normal); . Peso próprio;
. Sedimento; . Drenos operantes;
. Vertedouro de fundo com comportas abertas. 3- Caso de carregamento excepcional CCE-2
4- Caso de carregamento excepcional CCE-3
. N.A. de Montante na EL.: 498,50 m (Máximo Maximorum); . N.A. de Jusante na EL.: 470,30 m (Máximo Normal); . Peso próprio;
. Sedimento; . Drenos operantes;
. Vertedouro de fundo com comportas fechadas. 5- Caso de carregamento limite CCL-1
. N.A. de Montante na EL.: 495,00 m (Máximo Normal); . N.A. de Jusante na EL.: 466,00 m (Mínimo Normal); . Peso próprio;
. Sedimento;
. Drenos (50% de eficiência);
. Vertedouro de fundo com comportas fechadas. 6- Caso de carregamento limite CCL-2
. N.A. de Montante na EL.: 498,50 m (Máximo Maximorum); . N.A. de Jusante na EL.: 470,30 m (Mínimo);
. Peso próprio; . Sedimento;
. Drenos (50% de eficiência);
7- Caso de carregamento limite CCL-3
. N.A. de Montante na EL.: 498,50 m (Máximo Maximorum); . N.A. de Jusante na EL.: 476,00 m (Máximo);
. Peso próprio; . Sedimento; . Drenos operantes;
. Vertedouro de fundo com comportas abertas. 8- Caso de carregamento limite CCL-4
. N.A. de Montante na EL.: 498,50 m (Máximo Maximorum); . N.A. de Jusante na EL.: 476,00 m (Máximo);
. Peso próprio; . Sedimento;
. Drenos (50% de eficiência);
. Vertedouro de fundo com comportas abertas.
As análises comparativas basearam-se nos casos de carregamento normal (CCN) e carregamento limite 3 (CCL3), sendo este o caso hipotético que apresentou os maiores valores de subpressão.
Para o cálculo de estabilidade, em função dos dados obtidos através do modelamento sugerido no capítulo anterior, considerou-se apenas o plano de ruptura no contato concreto/rocha. Foram comparados apenas os esforços de subpressão. Forças resultantes de sismos não foram estudadas.
O diagrama de subpressões indica que os esforços atuantes na fundação são muito menores do que os previstos em projeto. A análise da estabilidade ao cisalhamento levando em consideração os valores médios de subpressão atuantes na barragem da Usina de Guilman Amorim, ilustradas através das Figuras 5.3 e 5.4, encontrou fator de segurança 2,37 para a hipótese de carregamento normal (CCN) mencionada anteriormente neste capitulo.
Figura 5.3 – Diagrama de esforços atuantes na barragem.
Figura 5.4 – Esforços atuantes na barragem Caso de Carregamento Normal (CCN)
EMPUXO RESERVATÓRIO + SEDIMENTOS
PESO
O Fator de Segurança ao Cisalhamento para o caso de carregamento normal (CCN) é dado aplicando se os valores dos esforços atuantes na expressão (2.1):
Em que:
P = 1.065,50 tf/m; Ø = 45º;
C = 10,0tf/m2; B = 24,96m2;
ΣFH = EMPUXO (ÁGUA + SEDIMENTOS) = (355,60 +199,33) tf/m; FS = (1065,50 x 1 + 10 x 24,96) / 554,93 = 2,37.
Em função do alto valor de fator de segurança encontrado para a situação real de esforços, optou-se pela obtenção da carta de risco, não em função do carregamento, mas sim em função da comparação das hipóteses de carregamento limite do projeto e das 6 situações simulados pelo modelo, na tentativa de relacionar os aumentos de subpressão aos fenômenos recorrentes de entupimento dos drenos que ocorrem em Guilman Amorim. A Figura 5.5 ilustra os diagramas comparativos de subpressão para as duas seções estudadas.
Finalmente, através da superposição das Figuras 5.1, 5.2 e 5.3, onde os valores de subpressão médios atuantes e os valores estimados em projeto foram comparados com as 6 (seis) hipóteses que simulam a colmatação progressiva dos drenos, obteve-se a carta de risco ilustrada através da Figura 5.6, onde os casos de 1 a 3 foram considerados situações de atenção normal, já que os valores estimados pelo modelo numérico inserem-se dentro do caso de carregamento normal (CCN), previsto em projeto. Os casos 4 e 5 formam definidos como situação de alerta, pois os valores de subpressão estimados pelo modelo alcançaram o limite do carregamento normal (CCN). Por fim, o diagrama 6 foi enquadrado como situação de emergência, pois os valores estimados de subpressão encontram-se no caso de carregamento limite (CCL-3).
A Tabela 5.1 traz a carta de risco que limita e identifica as situações descritas acima, em números, permitindo a fácil interpretação das diversas situações através da leitura dos instrumentos PW-110, PW-111 e PW-112 para a barragem e PW-207, PW-208 e PW- 209 para o vertedouro, todos eles instalados na fundação.