Proposta de metodologia para dimensionamento da espessura de núcleos argilosos em barragens baseada em ensaios Pinhole

Abstract

Nesta pesquisa é apresentada uma metodologia de dimensionamento de núcleos argilosos em barragens de enrocamento, baseada na realização de ensaios pinhole. É proposto estudar até quanto é possível reduzir o volume de solo argiloso compactado, por meio da utilização de núcleos mais esbeltos, adotando-se um critério de gradiente hidráulico de carreamento deste material. Neste estudo está também incluída a verificação do comportamento do núcleo esbelto quanto à predisposição ao fenômeno de transferência de tensões. Para tanto foi necessário, inicialmente, estudar a aplicabilidade do ensaio pinhole na identificação da ocorrência de erosão interna em solos compactados e na quantificação do gradiente máximo suportado pelo solo antes que um fenômeno erosivo tenha início. Uma campanha de ensaios pinhole foi realizada para três diferentes materiais, provenientes das barragens de Corumbá I e Peixe-Angical, e em diversas condições de compactação, para as quais foi avaliada a influência do grau de compactação e da umidade nos valores do gradiente hidráulico crítico obtidos. A partir desta campanha foi possível estabelecer uma metodologia de análise do ensaio pinhole, objetivando a identificação do gradiente hidráulico crítico ao carreamento de partículas. Foi constatada a importância do registro de observações a respeito de alterações no comportamento do corpo de prova ao longo da execução do ensaio, associado à avaliação visual das curvas de carregamento e descarregamento. Identificada a ocorrência da erosão, o valor do gradiente crítico pode ser obtido a partir de uma avaliação numérica das curvas do ensaio. Com esse valor, a metodologia de dimensionamento da espessura do núcleo pode ser aplicada, calculando-se inicialmente a espessura mínima que seja segura quanto ao fenômeno de erosão. A partir desta espessura, a análise tensão-deformação da barragem permite identificar a ocorrência de fenômenos de transferência de tensões. Nos casos em que o nível de arqueamento leva à ocorrência de fraturamento hidráulico, a espessura do núcleo ou a sua inclinação é alterada até que o potencial à ocorrência de fraturamento seja eliminado. Pode ser verificado que em núcleos inclinados à montante os níveis de transferência de tensões são menores do que em núcleos centrais. Foi verificada boa coerência entre os resultados da caracterização da erodibilidade e respectivo icr obtidos por meio de ensaios pinhole indicando a adequação do uso deste ensaio na obtenção do parâmetro de projeto demandado. A aplicação da metodologia de dimensionamento da base do núcleo proposta ao caso da Barragem de Corumbá I levou a verificação da possibilidade de redução das dimensões do núcleo, quando considerados os estudos de erodibilidade e transferência de tensões, realizados nesta pesquisa. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

A design methodology for clayed cores of earth-rock dams, based on pinhole tests, is presented in this research. The main objective is to study the possible reduction of the compacted volume of clayed soils, adopting thinner cores, which are specified by a hydraulic gradient criterion, considering the erosion potential of the core material. This study also verifies the thin-core behaviour, in relation to its trend to stress transfer (arching). The methodology initiated testing the applicability of the pinhole test to identify piping in compacted soils and to quantify the limit hydraulic gradient stand by the soil before starting this phenomenon. A pinhole testing programme was carried out in three different materials, obtained from Corumbá I and Peixe-Angical dams, and compacted in different conditions, aiming to evaluate the effect of the degree of compaction and water content on the critical hydraulic gradient values. Based on these lab results, it was possible to establish an analysis procedure of the pinhole tests, in order to define the critical hydraulic gradient, in charge of triggering the soil erosion. It is worth to mention the importance of mapping the changes in the specimen behaviour during testing, associated to the loading and unloading cycles. Once piping occurs, the value of the critical hydraulic gradient can be obtained by a numerical evaluation of the test results. This value is used to design the thickness of the dam core, first calculating the minimum thickness in order to prevent piping. Taking into account this minimum core thickness, stress-strain analyses allow to evaluate the stress transfer (arching) phenomenon. In those cases where the stress arching level leads to hydraulic fracturing, the core thickness or inclination is altered till the hydraulic fracturing potential is brought to a safe level. It was founded that stress transfer levels are lower in upstream cores than in central ones. It was also found a good correlation between the erosion characterization results and respective critical hydraulic gradients obtained from pinhole tests, showing the suitability of this test for obtaining this design parameter. The application of this methodology for designing the core thickness of the Corumbá I dam indicated the possibility of reducing its dimensions, considering the studies of piping and stress transfer (arching) carried out in this research.