Estudio Geomembranas en La Impermeabilizacion Presas de Enrocado Cara Concreto

UNIVERSIDADE DE BRASLIA

FACULDADE DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL

ESTUDOS SOBRE A APLICAO DE GEOMEMBRANAS NA

IMPERMEABILIZAO DA FACE DE MONTANTE DE

BARRAGENS DE ENROCAMENTO

JANAINA PROVSIO COLMANETTI

ORIENTADOR: ANDR PACHECO DE ASSIS

CO-ORIENTADOR: ENNIO MARQUES PALMEIRA

TESE DE DOUTORADO EM GEOTECNIA

PUBLICAO G.TD-037/2006

BRASLIA DF

MAIO/2006

i

UNIVERSIDADE DE BRASLIA

FACULDADE DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL


IMPERMEABILIZAO DA FACE DE MONTANTE DE BARRAGENS DE

ENROCAMENTO

JANAINA PROVSIO COLMANETTI

TESE DE DOUTORADO SUBMETIDA AO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL DA

UNIVERSIDADE DE BRASLIA, COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSRIOS PARA A OBTENO

DO GRAU DE DOUTOR.

APROVADA POR:

_________________________________________________ Prof. Andr Pacheco de Assis, PhD (UnB) (Orientador)

_________________________________________________ Prof. Ennio Marques Palmeira, PhD (UnB) (Co-orientador) _________________________________________________ Prof. Mrcio Muniz de Farias, PhD (UnB) (Examinador Interno) _________________________________________________ Prof. Luis Fernando M. Ribeiro, DSc (UnB) (Examinador Interno) _________________________________________________ Prof. Benedito de Souza Bueno , PhD (EESC-USP) (Examinador Externo) _________________________________________________ Prof. Fernando Saboya Albuquerque Jnior, DSc (UENF) (Examinador Externo)

BRASLIA, 02 DE MAIO DE 2006.

ii

FICHA CATALOGRFICA

COLMANETTI, Janaina Provsio

Estudos sobre a Aplicao de Geomembranas na Impermeabilizao da Face de Montante de Barragens de Enrocamento, 2006.

(xxx), 272 p., 210 x 297 mm (ENC/FT/UnB, Doutor, Geotecnia, 2006) Tese de Doutorado Universidade de Braslia.

Faculdade de Tecnologia. Departamento de Engenharia Civil e Ambiental. 1. Geomembrana 2. Enrocamento 3. Barragem 4. Impermeabilizao 5. Projeto 6. Degradao I. ENC/FT/UnB II. Ttulo (srie)

REFERNCIA BIBLIOGRFICA COLMANETTI, J. P. (2006). Estudos sobre a Aplicao de Geomembranas na Impermeabilizao da Face de Montante de Barragens de Enrocamento, Publicao no G.TD-037/2006, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Braslia, Braslia, DF, 272 p. CESSO DE DIREITOS NOME DO AUTOR: Janaina Provsio Colmanetti TTULO DA TESE DE DOUTORADO: Estudos sobre a Aplicao de Geomembranas na Impermeabilizao da Face de Montante de Barragens de Enrocamento. GRAU: Doutor ANO: 2006

concedida Universidade de Braslia a permisso para reproduzir cpias desta tese de doutorado e para emprestar ou vender tais cpias somente para propsitos acadmicos e cientficos. O autor reserva outros direitos de publicao e nenhuma parte desta tese de doutorado pode ser reproduzida sem autorizao por escrito da autora. _________________________________

Janaina Provsio Colmanetti Rua 32, Qd. A-25, Lt. 23, Jardim Gois Goinia Gois Brasil CEP 74.805-350 E-mail: [email protected]

iii

A uma das pessoas mais especiais

que conheci, dedico esta tese.

Ao Prof. Feitosa (in memorian) pelo seu jeito alegre,

espontneo, excessivamente

criativo e bem humorado...., enfim,

nico de ser!

iv

O caminho percorrido foi longo, muitas vezes solitrio e penoso... Ao final, nos sentimos cansados, esgotados mesmo, mas a perspectiva de

ver nosso trabalho em breve transformado em algo concreto tamanha que tudo se aglutina em um nico propsito: realizao!

Nessa trajetria, no raro que familiares, amigos e colegas sejam requisitados para arregaar as mangas com a gente ou simplesmente

ouvir nossos lamentos e dvidas, nos lembrando que no estamos sozinhos nessa empreitada que decidimos encarar.

Agradecimentos, obviamente, tenho muitos. Mas no penso em inserir aqui uma lista imensa com nomes e mais

nomes. A ajuda vem de muitas formas. Um abrao apertado, uma lista de smbolos, um olhar, um help na impresso, uma palavra amiga, uma

simples companhia em noites em claro, uma palavra de estmulo, correes gramaticais etc etc.

Por isso, o meu muito obrigada queles que me ajudaram, qualquer que tenha sido a forma..., espero um dia poder retribuir pelo menos parte do apoio recebido. Ao Luiz Guilherme, por enquanto s

posso deixar minhas palavras: voc foi demais! queles que contriburam efetivamente para que este trabalho se

concretizasse, deixo registrado ainda meu carinho e admirao: Prof. Andr, sua confiana, amizade e apoio em todas as

circunstncias fizeram toda a diferena! Obrigada por ter acreditado, algumas vezes mais que eu mesma, na minha capacidade e, sobretudo,

na produo deste trabalho. Prof. Ennio, obrigada pelas contribuies, disponibilidade e

confiana depositada, que j vem desde os tempos do meu mestrado. Ao Daniele Cazzuffi e tcnicos do Laboratrio de

Geosssintticos do CESI e da TENAX e empresa FLAG, meus agradecimentos pelo apoio tcnico e sobretudo

pela receptividade e pelo agradvel convvio na Itlia. A toda minha famlia meu obrigada pelo incentivo, pela torcida e

por todo o amor recebido. minha segunda famlia italiana, em especial a Chiara, sou profundamente grata pela amizade e hospitalidade.

E, por fim, ao meu gatinho Nietzsche, afvel companhia nos meus dias de isolamento, indispensveis

para que esse trabalho pudesse se concretizar!

Janaina Brasla, 02/05/2006.

v


IMPERMEABILIZAO DA FACE DE MONTANTE DE BARRAGENS DE

ENROCAMENTO

RESUMO

Esta tese aborda a utilizao de geomembranas na impermeabilizao da face de montante de

barragens de enrocamento. Parte deste estudo consistiu no levantamento de todos os fatores que

pudessem intervir na elaborao do projeto e instalao desse sistema. Assim, a reviso

bibliogrfica sobre o assunto ocupa parte significativa desta tese, tendo em vista a deficincia de

publicaes em lngua portuguesa sobre o tema. As opes disponveis na literatura quanto a

detalhes de projeto, tipos de geomembrana, durabilidade etc., que mais se adequassem s

barragens de enrocamento com face impermevel foram buscadas, contribuindo para que, ao final

deste trabalho, algumas recomendaes pudessem ser apresentadas visando orientar a elaborao

de futuros projetos de Barragem de Enrocamento com Face de Geomembrana (BEFG) no Brasil. O

programa de ensaios de laboratrio conduzido na amostra piloto de geomembrana de Policloreto de

Vinila com Plastificante (PVC-P) representa uma campanha de ensaios que deve ser adotada na

caracterizao e avaliao do desempenho desse material visando a sua aplicao em barragens.

O envelhecimento artificial em estufa indicou a tendncia de comportamento das propriedades

analisadas, confirmadas posteriormente pela anlise dos resultados das amostras exumadas.

Embora um valor limite no tenha sido atingido para todas as temperaturas de incubao, o Modelo

de Arrhenius pde ser aplicado, considerando a extrapolao dos dados. A anlise estatstica dos

dados obtidos nas amostras exumadas das barragens e reservatrios italianos possibilitou, ainda

que de maneira preliminar, uma estimativa mais confivel do tempo de vida das geomembranas de

PVC-P. Apesar da grande variabilidade nos resultados, o que j era esperado devido ao fato de as

amostras corresponderem a diferentes estruturas, as anlises estatsticas demonstraram com

elevada confiabilidade se houve alterao nas propriedades avaliadas aps os 22 anos de

exposio da geomembrana ao ambiente. Ao final, tendo por base todas as informaes coletadas

durante esta tese: reviso bibliogrfica, consultas a projetos executados e comunicao pessoal

com projetistas e instaladores, associadas aos resultados do programa de ensaios conduzido na

geomembrana de PVC-P, concluiu-se que a BEFG uma alternativa tecnicamente vivel para a

realidade brasileira. Verificou-se tambm que a durabilidade das geomembranas de PVC-P

compatvel com o tempo de vida til esperado para barragens.

vi

STUDY OF GEOMEMBRANES AS IMPERVIOUS FACE APPLIED TO UPSTREAM

FACE ROCKFILL DAMS

ABSTRACT

This thesis investigated the use of geomembranes as impervious layers at the face of rockfill dams.

Part of the studied consisted on identifying relevant aspects regarding the design of such application

as well as installation procedures for the geomembrane layer in the field. Thus, the literature review

occupies a significant part of this thesis, as there are almost no publications in Portuguese on the

subject. Aspects related to design details, types of geomembranes, durability etc, relevant to rockfill

dams, were collected from the literature. This allowed the preparation of some recommendations on

the use of geomembranes in dams presented at the end of this thesis, which aim to provide some

guidelines for future projects of rockfill dams with geomembrane as part of the dam upstream

impervious face. The laboratory programme on PVC-P geomembranes was aimed to characterise

and evaluate the performance of this material for its use in dams. Woven artificial ageing indicated

the trends of the properties investigated, that were confirmed afterwards by tests on exhumed

geomembrane specimens. Although a threshold value has not been obtained for all incubating

temperatures, the Arrhenius model was applied, taking into consideration the extrapolation of the

data available. A statistical analysis of the data from specimens exhumed from Italian dams and

reservoirs allowed an estimate on the lifetime of PVC-P geomembranes, although on a preliminary

basis. In spite of the variability of the results due to the different specimen origins, the statistical

study demonstrated with high level of confidence the intensity of geomembrane degradation after 22

years of service. Based on the data obtained from the literature review, data from real projects,

personal contacts with designers and geomembrane installers, associated to the results obtained in

the research programme on PVC-P geomembranes, it is demonstrated that the use of

geomembranes in the upstream impervious face of rockfill dams is a technical alternative for

Brazilian conditions. It was also observed that the durability of the PVC-P geomembranes was

compatible with the expected dam lifetime.

vii

SUMRIO

CAPTULO 1 INTRODUO ____________________________________________________ 1

1.1 CONSIDERAES SOBRE O TEMA __________________________________________ 1

1.2 DEFINIO DO PROBLEMA E JUSTIFICATIVA _________________________________ 3

1.3 DESCRIO DA PESQUISA _________________________________________________ 4

1.4 OBJETIVOS E ESTRUTURA DA TESE _________________________________________ 5

CAPTULO 2 BARRAGENS COM FACE IMPERMEVEL A MONTANTE _________________ 7

2.1 INTRODUO ____________________________________________________________ 7

2.2 BREVE HISTRICO ________________________________________________________ 8

2.3 COMPORTAMENTO DO MACIO DE ENROCAMENTO __________________________ 18

2.3.1 ASPECTOS GERAIS ________________________________________________________ 19

2.3.2 COMPORTAMENTO TENSO-DEFORMAO ________________________________________ 20

2.3.2.1 Recalques ps-construtivos _______________________________________________ 22

2.3.2.2 Deformaes na face____________________________________________________ 24

2.4 EXPERINCIA BRASILEIRA NA UTILIZAO DE GEOMEMBRANAS ______________ 25

CAPTULO 3 PROPRIEDADES DAS GEOMEMBRANAS _____________________________ 27

3.1 INTRODUO ___________________________________________________________ 27

3.2 GEOMEMBRANAS ________________________________________________________ 28

3.2.1 DEFINIO ______________________________________________________________ 28

3.2.2 CLASSIFICAO DAS GEOMEMBRANAS __________________________________________ 28

3.2.3 SELEO DA GEOMEMBRANA _________________________________________________ 31

3.3 ENSAIOS DE CARACTERIZAO E DESEMPENHO NA GEOMEMBRANA __________ 32

3.4 GEOMEMBRANAS DE PVC _________________________________________________ 33

3.4.1 COMPOSIO QUMICA ______________________________________________________ 33

3.4.2 TEMPERATURAS DE TRANSIO NOS POLMEROS ___________________________________ 34

3.4.3 PERMEABILIDADE _________________________________________________________ 35

3.4.4 ATRITO ENTRE INTERFACES __________________________________________________ 36

viii

3.4.5 RESISTNCIA AO ESTOURO (BURSTING TEST) E AO PUNCIONAMENTO ____________________ 39

3.4.6 FRAGILIDADE E RIGIDEZ _____________________________________________________ 43

3.4.7 COMPORTAMENTO TENSO-DEFORMAO ________________________________________ 43

3.5 COMPORTAMENTO DOS GEOCOMPOSTOS __________________________________ 47

CAPTULO 4 ASPECTOS DE PROJETO E INSTALAO DE GEOMEMBRANAS ________ 52

4.1 INTRODUO ___________________________________________________________ 52

4.2 CONCEPO DE PROJETO ________________________________________________ 53

4.2.1 ESTABILIDADE DA FACE DE MONTANTE __________________________________________ 57

4.2.1.1 Escorregamento dentro de uma cobertura em solo _____________________________ 58

4.2.1.2 Deslizamento ao longo da geomembrana ____________________________________ 60

4.2.1.3 Movimentos diferenciais _________________________________________________ 65

4.2.2 GEOMEMBRANAS SUJEITAS A RECALQUES DIFERENCIAIS E CONECTADAS A ESTRUTURAS RGIDAS _ 69

4.3 CAMADAS DE BASE E SUPORTE PARA O LINER ______________________________ 75

4.4 GEOMEMBRANA _________________________________________________________ 75

4.4.1 INSTALAO _____________________________________________________________ 75

4.4.2 ANCORAGEM ____________________________________________________________ 76

4.4.2.1 Ancoragem na crista ____________________________________________________ 77

4.4.3 ANCORAGEM NO P DA BARRAGEM _____________________________________________ 83

4.4.3.1 Trincheira de ancoragem _________________________________________________ 84

4.4.3.2 Ancoragem em cut-off de concreto _________________________________________ 84

4.4.4 EMENDAS _______________________________________________________________ 89

4.5 CAMADA DE PROTEO __________________________________________________ 92

4.6 DURABILIDADE DE GEOMEMBRANAS EXPOSTAS EM BARRAGENS _____________ 94

4.6.1 CONSIDERAES INICIAIS ___________________________________________________ 94

4.6.2 DESEMPENHO DE GEOMEMBRANAS EM ESTRUTURAS ANTIGAS __________________________ 95

4.6.3 MODELO DE ARRHENIUS ____________________________________________________ 98

4.6.3.1 Definio das propriedades e ensaios ______________________________________ 100

4.6.3.2 Escolha dos valores limites ______________________________________________ 101

4.6.3.3 Durao do envelhecimento (incubao) ___________________________________ 101

4.6.3.4 Temperaturas de incubao _____________________________________________ 102

4.6.3.5 Estufas______________________________________________________________ 102

ix

CAPTULO 5 AVALIAO DAS PROPRIEDADES DE GEOMEMBRANAS POR MEIO DE

ENSAIOS DE LABORATRIO __________________________________________________ 104

5.1 INTRODUO __________________________________________________________ 104

5.2 CONSIDERAES INICIAIS _______________________________________________ 106

5.3 ENSAIOS PARA ESTUDOS DE DURABILIDADE _______________________________ 107

5.3.1 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ______________________________________________ 109

5.4 ENSAIOS DE CARACTERIZAO __________________________________________ 111

5.4.1 GRAMATURA ____________________________________________________________ 113

5.4.2 ESPESSURA NOMINAL _____________________________________________________ 114

5.4.3 DUREZA SHORE A ________________________________________________________ 115

5.4.4 DENSIDADE OU MASSA ESPECFICA ____________________________________________ 116

5.4.5 RESISTNCIA TRAO UNIAXIAL _____________________________________________ 117

5.4.6 ANLISE TERMOGRAVIMTRICA (TGA) _________________________________________ 120

5.4.7 EXTRAO DE PLASTIFICANTES ______________________________________________ 121

5.4.8 FLEXIBILIDADE EM BAIXAS TEMPERATURAS ______________________________________ 122

5.4.9 RESISTNCIA AO RASGO ___________________________________________________ 124

5.4.10 ESTABILIDADE DIMENSIONAL AO CALOR ________________________________________ 125

5.4.11 RESISTNCIA AO PUNCIONAMENTO ESTTICO MTODO DA PENETRAO (CBR) _________ 126

5.4.12 RESISTNCIA AO PUNCIONAMENTO DINMICO ___________________________________ 127

5.4.13 RAZO DE TRANSMISSO DE VAPOR DGUA ____________________________________ 127

5.4.14 RESISTNCIA TRAO UNIAXIAL EM DIFERENTES TEMPERATURAS ____________________ 128

5.5 ENSAIOS DE DESEMPENHO ______________________________________________ 130

5.5.1 RESISTNCIA AO ESTOURO (BURSTING TEST) ___________________________________ 131

5.5.2 ENSAIO DE CISALHAMENTO ENTRE INTERFACES ___________________________________ 133

5.5.2.1 Equipamento de ensaio _________________________________________________ 133

5.5.2.2 Cisalhamento direto com areia padro _____________________________________ 136

5.5.2.3 Cisalhamento direto geossinttico-geossinttico e geossinttico-solo _____________ 140

CAPTULO 6 APRESENTAO E ANLISE DOS RESULTADOS DOS ENSAIOS DE

LABORATRIO ______________________________________________________________ 143

6.1 INTRODUO __________________________________________________________ 143

6.2 RESULTADOS E ANLISE DOS ENSAIOS DE CARACTERIZAO _______________ 144

x

6.2.1 GRAMATURA, ESPESSURA, DUREZA, DENSIDADE E CONTEDO DE PLASTIFICANTE __________ 145

6.2.2 RESISTNCIA AO PUNCIONAMENTO ESTTICO (MTODO DA PENETRAO -CBR) E DINMICO __ 148

6.2.3 RAZO DE TRANSMISSO DE VAPOR DGUA (WVT) ________________________________ 149

6.2.4 RESISTNCIA AO RASGO ___________________________________________________ 151

6.2.5 ESTABILIDADE DIMENSIONAL AO CALOR _________________________________________ 151

6.3 RESULTADOS E ANLISES DOS ENSAIOS NAS AMOSTRAS DEGRADADAS ______ 152

6.4 RESULTADOS E ANLISE DO COMPORTAMENTO TENSO-DEFORMAO E DOS

ENSAIOS DE DESEMPENHO ___________________________________________________ 160

6.4.1 COMPORTAMENTO TENSO-DEFORMAO DA GEOMEMBRANA_________________________ 160

6.4.1.1 Ensaios de trao uniaxial _______________________________________________ 160

6.4.1.2 Ensaios de trao em diferentes temperaturas _______________________________ 170

6.4.1.3 Ensaios de resistncia ao estouro _________________________________________ 176

6.4.2 ENSAIOS DE CISALHAMENTO DIRETO ___________________________________________ 179

6.5 CONSIDERAES FINAIS ________________________________________________ 190

CAPTULO 7 ANLISE ESTATSTICA DOS DADOS DAS AMOSTRAS EXUMADAS _____ 192

7.1 INTRODUO __________________________________________________________ 192

7.2 PROGRAMA EXPERIMENTAL _____________________________________________ 194

7.2.1 CONSIDERAES INICIAIS __________________________________________________ 194

7.2.2 CARACTERSTICAS DAS OBRAS CONSIDERADAS E DOS GEOSSINTTICOS APLICADOS _________ 194

7.2.3 PROCEDIMENTO DE COLETA DAS AMOSTRAS E ENSAIOS REALIZADOS ____________________ 197

7.3 ANLISE ESTATSTICA DOS DADOS _______________________________________ 204

7.3.1 AS HIPTESES NULA E ALTERNATIVA __________________________________________ 204

7.3.2 RISCO NA TOMADA DE DECISO ______________________________________________ 205

7.4 APRESENTAO E ANLISE DOS RESULTADOS ____________________________ 206

7.4.1 CONTEDO DE PLASTIFICANTES, DUREZA SHORE A, FLEXIBILIDADE E PERMEABILIDADE ______ 207

7.4.2 CARACTERSTICAS DE RESISTNCIA E DEFORMABILIDADE ____________________________ 216

7.4.2.1 Tenso de ruptura _____________________________________________________ 217

7.4.2.2 Deformao de Ruptura ________________________________________________ 221

7.4.2.3 Mdulo Secante de Ruptura _____________________________________________ 225

7.5 MODELO DE ARRHENIUS _________________________________________________ 230

7.6 CONSIDERAES FINAIS ________________________________________________ 236

xi

CAPTULO 8 RECOMENDAES PARA PROJETO E INSTALAO DE

GEOMEMEMBRANAS EM BARRAGENS DE ENROCAMENTO ________________________ 237

8.1 CONSIDERAES INICIAIS _______________________________________________ 237

8.2 PROJETO DO SISTEMA DE IMPERMEABILIZAO DA FACE ___________________ 237

8.2.1 PROJETO BSICO ________________________________________________________ 238

8.2.2 PROJETO EXECUTIVO______________________________________________________ 239

8.2.3 ASPECTOS PRINCIPAIS DE PROJETO ___________________________________________ 241

8.3 CONTROLE DURANTE A INSTALAO _____________________________________ 245

8.3.1 CONTROLE DE RECEBIMENTO ________________________________________________ 245

8.3.2 ARMAZENAMENTO ________________________________________________________ 245

8.3.3 GARANTIA DA QUALIDADE DE CONSTRUO (CQA) ________________________________ 245

8.4 PROGRAMA DE MONITORAMENTO ________________________________________ 246

CAPTULO 9 CONCLUSES __________________________________________________ 249

9.1 CONCLUSES GERAIS ___________________________________________________ 249

9.2 CONCLUSES SOBRE OS ENSAIOS LABORATORIAIS NAS AMOSTRAS INTACTAS 250

9.3 CONCLUSES SOBRE OS ESTUDOS DE DURABILIDADE ______________________ 250

9.4 SUGESTES PARA PESQUISAS FUTURAS __________________________________ 252

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS _______________________________________________ 253

A TESTES DE HIPTESES __________________________________________________ 260

A.1 VARIAO NO CONTEDO DE PLASTIFICANTE DA GEOMEMBRANA COM O

ENVELHECIMENTO __________________________________________________________ 260

A.2 VARIAO NA DUREZA SHORE A DA GEOMEMBRANA COM O ENVELHECIMENTO 263

A.3 VARIAO NA RESISTNCIA E DEFORMABILIDADE DA GEOMEMBRANA COM O

ENVELHECIMENTO __________________________________________________________ 265

A.3.1 VARIAO NA TENSO DE RUPTURA ____________________________________________ 265

A.3.2 VARIAO NA DEFORMAO DE RUPTURA _______________________________________ 268

A.3.3 VARIAO NO MDULO SECANTE DE RUPTURA ____________________________________ 270

xii

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 Seo transversal mxima da Barragem de Salt Springs (Steele & Cooke em 1960,

citado por Gaioto, 1997). ________________________________________________________ 10

Figura 2.2 Seo mxima transversal da Barragem de Cethana (Wilkins et al. em 1973, citado por

Gaioto, 1997). _________________________________________________________________ 11

Figura 2.3 - Seo mxima transversal da Barragem de Foz do Areia (Pinto et al. em 1981, citado

por Gaioto, 1997). ______________________________________________________________ 12

Figura 2.4 Planta da Barragem de Aguada Blanca (Sembenelli & Fagiolo, 1975). ___________ 13

Figura 2.5 - Face de montante da Barragem de Contrada Sabetta, Itlia (ICOLD, 1991). _______ 14

Figura 2.6 - Seo transversal tpica da barragem de Bovilla, Albnia (Sembenelli et al., 1998). _ 18

Figura 2.7 Comparao dos recalques de crista para barragens de enrocamento compactadas e

s basculadas (CBDB, 2004). _____________________________________________________ 23

Figura 2.8 Deflexes na laje da Barragem de Foz do Areia aps o enchimento do reservatrio

(Pinto et al. em 1985, citado por Gaioto, 1997). _______________________________________ 25

Figura 3.1 Aparelhagem para determinao da resistncia ao estouro utilizada na Ecole

Polytchnique em Montreal (Rollin et al. em 1984, citado por Rigo & Cazzuffi, 1991). _________ 40

Figura 3.2 - Equipamento para determinao da resistncia ao estouro (Fayoux et al., 1984). ___ 40

Figura 3.3 Equipamento de grande escala para determinao da resistncia ao puncionamento

(Catlogo Carpi, S/D). ___________________________________________________________ 42

Figura 3.4 Tipo de substrato de apoio para a geomembrana representando condies extremas:

(a) substrato; (b) Geocomposto de PVC aps ensaio de puncionamento (Catlogo Carpi, S/D). _ 42

Figura 3.5 Ensaio para avaliao do comportamento da GM sobre subsidncias: (a) esquema do

equipamento; (b) substrato granular com orifcio simulando subsidncia; (c) geomembrana aps

aplicao da carga (Catlogo Carpi, S/D). ___________________________________________ 43

Figura 3.6 Comportamento tenso-deformao de diferentes geomembranas

(Modificado Rigo e Cazzuffi, 1991). _______________________________________________ 45

Figura 3.7 Caractersticas de tenso mdia de geomembranas de HDPE em funo da

temperatura: a) curva tenso-deformao uniaxial da origem at o ponto de escoamento; b) tenso

de escoamento em funo da temperatura; c) deformao de escoamento em funo da

temperatura (Giroud, 1994). ______________________________________________________ 47

xiii

Figura 3.8 Efeito de geotxteis no-tecidos soldado em ambas as faces da geomembrana na

resistncia de geocompostos (modificado - Lafleur et al., 1985). __________________________ 50

Figura 3.9 Efeito da temperatura no comportamento de geocompostos Ensaios de trao

uniaxial (Lafleur et al., 1986). _____________________________________________________ 51

Figura 4.1 Seo transversal de barragem de concreto impermeabilizada com geomembrana. _ 53

Figura 4.2 - Barragem de Nris, na Frana - esquema do revestimento da face (ICOLD, 1991). _ 54

Figura 4.3 - Barragem de Odiel, na Espanha seo transversal (ICOLD, 1991). ____________ 54

Figura 4.4 Diferentes aplicaes de geomembranas em barragens de terra e enrocamento

(Catlogo Carpi, S/D). ___________________________________________________________ 55

Figura 4.5 Sistema de impermeabilizao tpico na face de montante de barragens de terra e/ou

enrocamento (ICOLD, 1991). _____________________________________________________ 57

Figura 4.6 Seo transversal de uma tpica cobertura em solo (Giroud e Ah-Line, 1984). _____ 58

Figura 4.7 Grfico pra obteno do FS contra deslizamentos dentro de uma camada de cobertura

em solo durante um rebaixamento rpido (Giroud e Ah-Line, 1984). _______________________ 60

Figura 4.8 Deslizamento ao longo da geomembrana: (a) seo transversal do dique

impermeabilizado; (b) grfico vlido somente para o dique apresentado; (c) diagrama fora por

unidade de largura (Giroud e Ah-line, 1984). _________________________________________ 61

Figura 4.9 Geomembrana entre uma camada de proteo em concreto e um liner de concreto com

trincas: (a) seo transversal; (b) fora por unidade de largura na geomembrana; (c) deslocamentos

da geomembrana; (d) resumo dos clculos (Modificado - Giroud e Ah-Line, 1984). ___________ 66

Figura 4.10 - Geomembrana e geotxtil entre uma camada de proteo em concreto e um liner de

concreto com trincas: (a) seo transversal; (b) fora por unidade de largura no geotxtil e na

geomembrana; (c) deslocamentos iguais do geotxtil e da geomembrana (Modificado Giroud e Ah-

Line, 1984). ___________________________________________________________________ 68

Figura 4.11 Situaes tpicas onde a geomembrana sujeita a recalques diferenciais: (a) material

no uniforme sob a geomembrana; (b) conexo a estruturas rgidas (Giroud e Soderman, 1995b). 70

Figura 4.12 Geomembrana sujeita a recalque diferencial, s: (a) geomembrana antes e aps o

recalque; (b) presso e tenses; (c) distribuio de tenses na GM (Giroud e Soderman, 1995b). 71

Figura 4.13 Curva tenso-deformao da GM e rea definindo a energia complementar at o nvel

T=Tc (Giroud e Soderman, 1995b). _________________________________________________ 71

Figura 4.14 Energia complementar associada curva tenso-deformao da GM: (a) energia

complementar admissvel; (b) energia complementar mxima (Giroud e Soderman, 1995b). ____ 72

xiv

Figura 4.15 Comparao entre duas geomembranas para o caso onde a GM 2 tem uma energia

complementar mxima maior que a GM 1 (Giroud e Soderman, 1995b). ____________________ 74

Figura 4.16 Comparao entre duas geomembranas para o caso onde a GM 1 tem uma energia

complementar mxima maior que a GM 2 (Giroud e Soderman, 1995b). ____________________ 74

Figura 4.17 Caso onde uma poro da GM no permanece em contato como a estrutura e a

camada de suporte (Giroud e Soderman, 1995b). _____________________________________ 74

Figura 4.18 Ancoragem provisria da geomembrana na Barragem de Bovilla: (a) sacos de areia

nos taludes (b) fixao com perfil metlico na crista (Catalogo Carpi, S/D) __________________ 77

Figura 4.19 Ancoragem do liner no topo de barragens: (a) em crista; (b) no macio (ICOLD, 1991).

____________________________________________________________________________ 78

Figura 4.20 Configurao tpica de ancoragem em trincheira (Briancon et al., 2000). ________ 78

Figura 4.21 Detalhe da ancoragem na crista da Barragem de Codole, na Crsega (ICOLD, 1991).

____________________________________________________________________________ 79

Figura 4.22 Detalhe da ancoragem na crista da Barragem de Bovilla (Sembenelli, 1995). _____ 79

Figura 4.24 Detalhe do sistema de fixao na crista da Barragem de Bovilla (Sembenelli, 1995). 81

Figura 4.25 Detalhe da armadura da trave de coroamento da Barragem de Bovilla

(Sembenelli, 1995). _____________________________________________________________ 81

Figura 4.26 Efeito do ngulo na capacidade de ancoragem (Briancon et al., 2000). __________ 83

Figura 4.27 Ancoragem de p em trincheira (ICOLD, 1991). ____________________________ 84

Figura 4.28 Conexo da geomembrana a um cut-off de concreto (ICOLD, 1991). ___________ 85

Figura 4.29 Detalhe de ancoragem da GM no p da Barragem de Odiel, Espanha (ICOLD, 1991).

____________________________________________________________________________ 86

Figura 4.31 Detalhe da fixao do geocomposto na ancoragem de p (Sembenelli, 1995). ____ 88

Figura 4.32 Preparao para ancoragem da geomembrana no plinto Barragem de Bovilla

(Catlogo Carpi, S/D). ___________________________________________________________ 88

Figura 4.33 Proteo adicional ao longo da junta perimetral (Catlogo Carpi, S/D). __________ 89

Figura 4.34 Detalhe do trespasse e emenda em geomembranas (ICOLD, 1991). ___________ 91

Figura 4.35 Ensaio de descolamento em geomembrana (ICOLD, 1991). __________________ 92

Figura 4.36 Execuo da laje de proteo na Barragem de Bovilla (Catlogo Carpi, S/D). _____ 93

Figura 4.37 Mtodo de colocao dos painis de geomembrana por meio da fixao de tiras nas

vigotas de concreto extrudado: perfil transversal. ______________________________________ 94

Figura 4.38 Grfico de Arrhenius generalizado usado para previses nas condies in situ a partir

de dados laboratoriais (Koerner et al., 1992). ________________________________________ 100

xv

Figura 5.1 Disposio esquemtica dos corpos-de-prova nas folhas de PVC. _____________ 110

Figura 5.2 Acondicionamento das amostras em estufa. ______________________________ 111

Figura 5.3 Micrmetro para determinao da espessura nominal. ______________________ 115

Figura 5.4 Durmetro e sonda tipo A. ____________________________________________ 116

Figura 5.5 Ensaio de trao uniaxial: amostra tipo IV. ________________________________ 119

Figura 5.6 Aparelho para determinao da espessura de geomembranas. ________________ 119

Figura 5.7 Sistema de aquisio de dados Ensaio de trao uniaxial. __________________ 120

Figura 5.8 Curva tpica de perda de massa de geomembrana de PVC-P no ensaio TGA. ____ 121

Figura 5.9 Extrator Soxhlet. ____________________________________________________ 122

Figura 5.10 Aparelhagem para envolver a geomembrana: ensaio de flexibilidade a baixas

temperaturas. ________________________________________________________________ 123

Figura 5.11 Cmara fria utilizada no ensaio de flexibilidade a baixas temperaturas. _________ 124

Figura 5.12 Amostra usada para avaliao da resistncia inicial ao rasgo (mm). ___________ 124

Figura 5.13 Dimenses da amostra para determinao da estabilidade dimensional. _______ 125

Figura 5.14 Esquema ilustrativo do ensaio de puncionamento CBR. ___________________ 127

Figura 5.15 Recipiente para ensaio de determinao da permeabilidade ao vapor dgua

apresentado na UNI 8202/23 (UNI, 1988b). _________________________________________ 128

Figura 5.16 Aparelhagem empregada para os ensaios de trao a diferentes temperaturas. __ 129

Figura 5.17 Corpos-de-prova de geomembrana aps ensaio de trao uniaxial a temperatura

elevada. ____________________________________________________________________ 130

Figura 5.18 Aparelhagem para o ensaio de resistncia ao estouro. _____________________ 132

Figura 5.19 Medidas e consideraes geomtricas (medidas em cm). ___________________ 133

Figura 5.20 Configurao esquemtica do ensaio de cisalhamento. _____________________ 134

Figura 5.21 Montagem do equipamento para ensaio de cisalhamento direto: a) Prensa; b) Suporte

de ao com rodas; c) Caixa de cisalhamento. _______________________________________ 135

Figura 5.22 Areia padro EN 196-1 (CEN, 1996). ___________________________________ 137

Figura 5.23 Ensaio de cisalhamento na areia padro. ________________________________ 139

Figura 5.24 Fixao da amostra de geomembrana de PVC-P para ensaio de cisalhamento direto

com areia padro. _____________________________________________________________ 140

Figura 5.25 Esquema de montagem da caixa de cisalhamento para os ensaios GT-Areia padro e

GM-Areia padro. _____________________________________________________________ 140

Figura 5.26 Esquema de montagem da caixa de cisalhamento para os ensaios GT-GM. _____ 141

Figura 5.27 Esquema de montagem da caixa de cisalhamento para os ensaios GT-concreto ou

GM-concreto. ________________________________________________________________ 142

xvi

Figura 5.28 Tipos de fixao considerados para o geotxtil caixa superior. ______________ 142

Figura 6.1 Termograma de uma amostra de geomembrana de PVC-P virgem. ____________ 146

Figura 6.2 Curva: fora de puno versus deslocamento. _____________________________ 149

Figura 6.3 Resultados do ensaio de transmisso de vapor dgua (WVT). ________________ 150

Figura 6.4 Variao da espessura nominal da GM PVC-P ao longo do processo de degradao.

___________________________________________________________________________ 154

Figura 6.5 Variao da gramatura da GM PVC-P ao longo do processo de degradao. _____ 154

Figura 6.6 - Variao da dureza Shore A da GM PVC-P ao longo do processo de degradao. _ 155

Figura 6.7 - Variao da densidade da GM PVC-P ao longo do processo de degradao. _____ 156

Figura 6.8 Variao do contedo de plastificante ao longo do processo de degradao Mtodo

da extrao por solventes. ______________________________________________________ 156

Figura 6.9 Estimativa da variao do contedo de plastificante ao longo do processo de

degradao por meio da anlise TG. ______________________________________________ 157

Figura 6.10 Variao da densidade em funo da perda de plastificantes. ________________ 158

Figura 6.11 Razo de perda de plastificante (PL) ao longo do processo de degradao. _____ 159

Figura 6.12 Curvas tenso-deformao das amostras virgens: ensaio de trao uniaxial. ____ 162

Figura 6.13 Mudana nas curvas tenso-deformao devido a degradao das amostras de

geomembrana incubadas a temperatura de 95o C. ____________________________________ 163

Figura 6.14 Variao da deformao na ruptura da GM de PVC-P (transversal) ao longo do

processo de degradao. _______________________________________________________ 164

Figura 6.15 Variao da resistncia na ruptura da GM de PVC-P (transversal) ao longo do


Figura 6.16 Variao do mdulo secante na ruptura da GM de PVC-P (transversal) ao longo do


Figura 6.17 Variao do mdulo secante a 100% de deformao da GM de PVC-P (transversal)

ao longo do processo de degradao. _____________________________________________ 166

Figura 6.18 Variao da deformao na ruptura da GM de PVC-P (longitudinal) ao longo do


Figura 6.19 Variao da resistncia na ruptura da GM de PVC-P (longitudinal) ao longo do


Figura 6.20 Variao do mdulo secante na ruptura da GM de PVC-P (longitudinal) ao longo do


xvii

Figura 6.21 Variao do mdulo secante a 100% de deformao da GM de PVC-P (longitudinal)

ao longo do processo de degradao. _____________________________________________ 169

Figura 6.22 - Curvas tenso-deformao a diferentes temperaturas (transversal). ___________ 171

Figura 6.23 Curvas tenso-deformao a diferentes temperaturas (longitudinal). ___________ 172

Figura 6.24 Caractersticas de resistncia mdia longitudinal da geomembrana de PVC-P (2 mm)

em funo da temperatura: a) curva tenso-deformao uniaxial da origem ruptura; b) tenso de

ruptura em funo da temperatura; c) deformao de ruptura em funo da temperatura. _____ 173

Figura 6.25 Mdulo tangente uniaxial inicial em funo da temperatura para geomembrana em

PVC-P 2 mm. ________________________________________________________________ 174

Figura 6.26 - Mdulo offset uniaxial em funo da temperatura para geomembrana de PVC-P 2 mm.

___________________________________________________________________________ 175

Figura 6.27 Curvas tenso-deformao obtidas no ensaio de resistncia ao estouro: comparao

com curvas obtidas no ensaio de trao uniaxial. _____________________________________ 176

Figura 6.28 Ensaio de resistncia ao estouro: a) medida da deflexo no centro da amostra; b)

ruptura da amostra. ____________________________________________________________ 177

Figura 6.29 Resultados dos ensaios de cisalhamento na areia padro CEN. ______________ 180

Figura 6.30 Envoltria de resistncia: areia padro-areia padro. _______________________ 180

Figura 6.31 Resultados do ensaio de cisalhamento na interface geomembrana-areia padro. _ 181

Figura 6.32 - Envoltria de resistncia: geomembrana-areia padro. _____________________ 182

Figura 6.33 - Resultados do ensaio de cisalhamento na interface geotxtil-areia padro. ______ 182

Figura 6.34 - Envoltria de resistncia: geotxtil-areia padro. __________________________ 183

Figura 6.35 - Resultados do ensaio de cisalhamento na interface geomembrana (lado liso)-geotxtil.

___________________________________________________________________________ 184

Figura 6.36 Envoltrias de resistncia: geomembrana (lado liso)-geotxtil. _______________ 185

Figura 6.37 - Resultados do ensaio de cisalhamento na interface geomembrana (lado rugoso)-

geotxtil. ____________________________________________________________________ 186

Figura 6.38 - Envoltria de resistncia: geomembrana (lado rugoso)-geotxtil. ______________ 186

Figura 6.39 - Resultados do ensaio de cisalhamento na interface geomembrana (lado rugoso)-

concreto. ____________________________________________________________________ 187

Figura 6.40 - Envoltria de resistncia: geomembrana (lado rugoso)-concreto. ______________ 188

Figura 6.41 - Resultados do ensaio de cisalhamento na interface geotxtil-concreto. _________ 189

Figura 6.42 - Envoltria de resistncia: geotxtil-concreto.______________________________ 189

xviii

Figura 7.1 Procedimento de exumao de uma amostra de geocomposto na Barragem de

Ceresole Reale: a) corte; b) lixamento da superfcie a ser soldada; c) solda por termo-fuso; d) vista

geral da emenda; e) amostra coletada. ____________________________________________ 198

Figura 7.2 Amostras de geomembrana exumadas dos taludes do Reservatrio Pian Del Gorghiglio

na zona de flutuao do NA (MSE) - El. 648,6 m: a) do talude noroeste; b) talude norte. ______ 199

Figura 7.3 Amostras de geomembrana exumadas no talude leste do Reservatrio Pian Del

Gorghiglio: a) zona de flutuao do nvel dgua El. 648,6 m (MSE); b) zona submersa El. 645 m.

___________________________________________________________________________ 200

Figura 7.4 Regies de rejeio e de no-rejeio para os testes t para diferenas entre as mdias

aritmticas num teste bicaudal (Levine et al., 2002). __________________________________ 205

Figura 7.5 Variao do contedo de plastificante nas amostras exumadas das barragens e

reservatrios em funo do tempo de instalao. _____________________________________ 208

Figura 7.6 - Variao do contedo de plastificante nas amostras exumadas das barragens em

funo do tempo de instalao. __________________________________________________ 209

Figura 7.7 - Variao do contedo de plastificante nas amostras exumadas dos reservatrios em


Figura 7.8 - Variao da Dureza Shore A nas amostras exumadas das barragens e reservatrios em


Figura 7.9 - Variao da Dureza Shore A nas amostras exumadas das barragens em funo do

tempo de instalao. ___________________________________________________________ 212

Figura 7.10 - Variao da Dureza Shore A nas amostras exumadas dos reservatrios em funo do


Figura 7.11 - Variao da flexibilidade nas amostras exumadas das barragens e reservatrios em


Figura 7.12 - Variao da flexibilidade nas amostras exumadas das barragens em funo do tempo

de instalao. ________________________________________________________________ 214

Figura 7.13 - Variao da flexibilidade nas amostras exumadas dos reservatrios em funo do


Figura 7.14 - Variao da permeabilidade nas amostras exumadas das barragens e reservatrios

em funo do tempo de instalao. _______________________________________________ 216

Figura 7.15 Variao da Tenso de Ruptura nas amostras exumadas das barragens e


Figura 7.16 - Variao da Tenso de Ruptura nas amostras exumadas das barragens em funo do


xix

Figura 7.17 - Variao da Tenso de Ruptura nas amostras exumadas dos reservatrios em funo

do tempo de instalao. ________________________________________________________ 221

Figura 7.18 - Variao da Deformao de Ruptura nas amostras exumadas das barragens e


Figura 7.19 - Variao da Deformao na Ruptura nas amostras exumadas de barragens em funo

do tempo de instalao. ________________________________________________________ 223

Figura 7.20 - Variao da Deformao na Ruptura nas amostras exumadas dos reservatrios em


Figura 7.21 - Variao do Mdulo Secante na Ruptura das amostras exumadas das barragens e


Figura 7.22 - Variao do Mdulo Secante na Ruptura nas amostras exumadas das barragens em


Figura 7.23 - Variao do Mdulo Secante na Ruptura das amostras exumadas dos reservatrios

em funo do tempo de instalao. _______________________________________________ 229

Figura 7.24 Razo da perda de plastificante versus tempo de incubao. _________________ 231

Figura 7.25 Variao da deformao versus tempo de incubao. ______________________ 232

Figura 7.26 Grfico de Arrhenius para razo de perda de plastificante, PL=20%. ___________ 234

Figura 7.27 - Grfico de Arrhenius para reduo de 50% da deformao de ruptura __________ 234

Figura 8.1 Sistema tpico de impermeabilizao de uma face de montante de barragens de

enrocamento (Icold, 1991). ______________________________________________________ 242

xx

LISTA DE TABELAS

Tabela 1.1 - Resumo da situao atual dos empreendimentos (Aneel, 2006). _________________ 2

Tabela 2.1 Evoluo das barragens de enrocamento com face impermevel. _______________ 9

Tabela 2.2 - Caractersticas de algumas barragens de terra e enrocamento impermeabilizadas com

geomembrana. ________________________________________________________________ 15

Tabela 2.3 Barragens que empregaram GM PVC-P (Itlia). ____________________________ 17

Tabela 2.4 - Barragens na que empregaram GM PVC-P (Frana). ________________________ 17

Tabela 2.5 Velocidades de recalques medidos em barragens de enrocamento com face de

concreto (CBDB, 2004). _________________________________________________________ 23

Tabela 3.1 Tipos de geomembrana mais comumente utilizadas e sua formulao aproximada

(modificado - Frobel, 1997). ______________________________________________________ 29

Tabela 3.2 Recomendaes para inclinao de taludes em barragens com face em geomembrana

(ICOLD, 1991). ________________________________________________________________ 37

Tabela 3.3 - Aderncia para geomembranas de PVC. __________________________________ 38

Tabela 3.4 - ngulo de atrito solo-geomembrana PVC (). ______________________________ 38

Tabela 3.5 - Valores de atrito entre geomembrana PVC e diferentes materiais. ______________ 38

Tabela 3.6 Presso de estouro (Fayoux et al., 1984). _________________________________ 40

Tabela 3.7 - Principais propriedades dos geocompostos (Tao et al., 1994). _________________ 48

Tabela 3.8 - Propriedades gerais dos geocompostos ensaiados (modificado, Fafleur et al., 1986). 49

Tabela 4.1 - Tipos de soldagem frequentemente empregados em geomembranas (modificado -

Frobel, 1994). _________________________________________________________________ 89

Tabela 4.2 - Propriedades gerais das geomembranas original IR aplicada em 1959 na Barragem de

Contrada Sabetta (Cazzuffi, 1999). _________________________________________________ 96

Tabela 4.3 Possveis propriedades para avaliao da degradao polimrica para uso do Modelo

de Arrhenius (modificado - Koerner et al., 1992). _____________________________________ 101

Tabela 4.4 Valor limite aps envelhecimento trmico. ________________________________ 102

Tabela 5.1 Formulao da geomembrana de PVC-P estudada. ________________________ 106

xxi

Tabela 5.2 - Propriedades analisadas para aplicao no modelo de Arrhenius. _____________ 108

Tabela 5.3 Dimenses internas das estufas utilizadas para a incubao das amostras. ______ 110

Tabela 5.4 Ensaios de identificao na geomembrana. ______________________________ 112

Tabela 5.5 Ensaios de identificao conduzidos somente na geomembrana virgem. ________ 113

Tabela 5.6. Ensaios de desempenho conduzidos na geomembrana virgem. _______________ 131

Tabela 5.7 Distribuio granulomtrica da areia padro EN 196-1 (CEN, 1996). ___________ 137

Tabela 5.8 - Condies da areia-padro (CEN EN 196-1) durante o ensaio. ________________ 138

Tabela 6.1 Resultados dos ensaios de identificao nas amostras virgens de GM PVC-P. ___ 146

Tabela 6.2 Anlise termogravimtrica em amostra de GM PVC-P virgem. ________________ 147

Tabela 6.3 Resultados do ensaio de resistncia ao puncionamento esttico. ______________ 148

Tabela 6.4 Resultados do ensaio de WVT. ________________________________________ 150

Tabela 6.5 Resistncia ao rasgo da geomembrana PVC-P 2 mm virgem. ________________ 151

Tabela 6.6 Resultados do ensaio de estabilidade dimensional ao calor (80o C/ 1 hora). ______ 152

Tabela 6.7 Resultados dos ensaios conduzidos em amostras de GM PVC-P incubadas T= 65 C.

___________________________________________________________________________ 152

Tabela 6.8 - Resultados dos ensaios conduzidos em amostras de GM PVC-P incubadas T= 80 C.

___________________________________________________________________________ 153

Tabela 6.9 - Resultados dos ensaios conduzidos em amostras de GM PVC-P incubadas T= 95 C.

___________________________________________________________________________ 153

Tabela 6.10 Parmetros de resistncia e deformabilidade das amostras incubadas a 65 C e

submetidas ao ensaio de trao uniaxial. ___________________________________________ 161

Tabela 6.11 - Parmetros de resistncia e deformabilidade das amostras incubadas a 80 C e


Tabela 6.12 - Parmetros de resistncia e deformabilidade das amostras incubadas a 95 C e


Tabela 6.13 Resultados dos ensaios de resistncia ao estouro. ________________________ 176

Tabela 6.14 Resultados dos ensaios de cisalhamento entre interfaces. __________________ 190

Tabela 7.1 Relao das barragens e reservatrios e caractersticas do geocomposto instalado. 195

Tabela 7.2 Datas e local de extrao das amostras de GC das barragens. _______________ 196

Tabela 7.3 Datas e local de extrao das amostras de GC dos reservatrios. _____________ 197

Tabela 7.4 Resultados dos ensaios conduzidos nas GM das barragens selecionados para a

anlise estatstica. ____________________________________________________________ 201

xxii

Tabela 7.5 Resultados dos ensaios conduzidos nas GM dos reservatrios selecionados para a

anlise estatstica. ____________________________________________________________ 203

Tabela 7.6 Conseqncias da tomada de deciso. __________________________________ 206

Tabela 7.7 Tabela resumo: variao das propriedades das geomembranas de PVC-P exumadas

das barragens e reservatrios ___________________________________________________ 230

Tabela 7.8 Dados obtidos pelo Modelo de Arrhenius considerando como valor limite a razo de

perda de plastificante, PL igual 20%. ______________________________________________ 232

Tabela 7.9 - Dados obtidos pelo Modelo de Arrhenius considerando como valor limite uma perda de

50% na deformao de ruptura. __________________________________________________ 233

Tabela 8.1 Ensaios ndices recomendados para caracterizao de geomembranas visando a

aplicao em Barragens de Enrocamento com Face de Geomembrana (BEFG). ____________ 240

Tabela 8.2 Ensaios de desempenho recomendados para obteno de parmetros de projeto de

BEFG. ______________________________________________________________________ 241

Tabela A.1 Dados de entrada: Contedo de Plastificante _____________________________ 261

Tabela A.2 Teste t entre 0 e 5-6 anos: Contedo de Plastificante _______________________ 262

Tabela A.3 Teste t entre 0 e 10 anos: Contedo de Plastificante _______________________ 262

Tabela A.4 Teste t entre 0 e 15-17 anos: Contedo de Plastificante _____________________ 263

Tabela A.5 Teste t entre 0 e 20-22 anos: Contedo de Plastificante _____________________ 263

Tabela A.6 Dados de entrada: Dureza Shore A _____________________________________ 264

Tabela A.7 Teste t entre 0 e 5-6 anos: Dureza Shore A ______________________________ 264

Tabela A.8 Teste t entre 0 e 10-11 anos: Dureza Shore A ____________________________ 265

Tabela A.9 Teste t entre 0 e 15-17 anos: Dureza Shore A ____________________________ 265

Tabela A.10 Teste t entre 0 e 19-22 anos: Dureza Shore A ___________________________ 266

Tabela A.11 Dados de entrada: Tenso de ruptura __________________________________ 266

Tabela A.12 Teste t entre 0 e 5-6 anos: Tenso de ruptura____________________________ 267

Tabela A.13 Teste t entre 0 e 10-11 anos: Tenso de ruptura __________________________ 267



Tabela A.16 Dados de entrada: Deformao na ruptura ______________________________ 269

Tabela A.17 Teste t entre 0 e 5-6 anos: Deformao na ruptura ________________________ 269

Tabela A.18 Teste t entre 0 e 10-11 anos: Deformao na ruptura ______________________ 270


xxiii


Tabela A.21 Dados de entrada: Mdulo secante na ruptura ___________________________ 271

Tabela A.22 Teste t entre 0 e 5-6 anos: Mdulo secante na ruptura _____________________ 272

Tabela A.23 Teste t entre 0 e 10-11 anos: Mdulo secante na ruptura ___________________ 272



xxiv

LISTA DE SMBOLOS E ABREVIAES

1. SMBOLOS

" polegada

% porcento

A rea

A fator pr-exponencial

fora por unidade de largura

nvel de significncia

mx fora mxima por unidade de largura

c' razo entre a adeso na interface e o intercepto de coeso do solo

amt coeficiente de adeso geotxtil-geomembrana

b largura da trinca

B largura perpendicular ao plano da seo transversal da barragem

' ngulo entre o plano de instalao da geomembrana e a horizontal

c intercepto de coeso do solo

c' coeso efetiva

ca adeso na interface solo-geomembrana

CL argila de baixa plasticidade

cm centmetro

cos cosseno

CP contedo final de plastificante

CPO contedo inicial de plastificante

Cvamo coeficiente de variao da amostra

ngulo de atrito de interface solo-geomembrana

ngulo do talude da barragem

inclinao do talude formado pela camada de cobertura da barragem

' ngulo de atrito na interface solo-geossinttico

D dimetro

L variao da dimenso longitudinal

T variao da dimenso transversal

DP (X) desvio padro da amostra

deformao

xxv

all deformao admissvel

r deformao de ruptura

y deformao de escoamento

e espessura

E mdulo de deformao

Es mdulo de deformao secante

Eact energia de ativao aparente

Eoffset mdulo de deformao offset uniaxial

Etg inicial mdulo tangente uniaxial inicial

ngulo de atrito ao longo da geomembrana

dimetro ou bitola

' ngulo de atrito interno

S.GT ngulo de atrito na interface solo-geotxtil

fcm coeficiente de atrito cobertura-geomembrana

fms coeficiente de atrito geomembrana-concreto de suporte

fts coeficiente de atrito geotxtil-concreto de suporte

Fp fora mxima de puno

FS fator de segurana

g grama

g gravidade

GGM geocomposto (geotxtil + geomembrana)

GW giga watts

peso especfico do solo

sat peso especfico saturado

W peso especfico da gua

h hora

hp distncia mxima

H deflexo

H horizontal

H umidade relativa

H0 hiptese nula

H1 hiptese alternativa

J/mol Joule por molcula

J/mol.K Joule por molcula por Kelvin

kg kilograma

xxvi

kHz kilo hertz

Km mdulo de deformabilidade a trao da geomembrana

Ko coeficiente de presso do solo no repouso

Kt mdulo a trao do geotxtil

k coeficiente de permeabilidade

kW kilo watts

L amostra extrada no sentido longitudinal da bobina

L comprimento

L comprimento alm do qual a geomembrana no se move e no tensionada

l litro por segundo

Ln logaritmo natural

ngulo de mudana de direo na trincheira

M massa

m metro

mg miligrama

min minuto

ml mililitro

ML silte de baixa plasticidade

mm milimetro

MP massa final de plastificante

M mega

MPO massa inicial de plastificante

MW mega watts

N carga normal

N newton

n nmero de elementos

ni tamanho da amostra i

n/a mtodo no aplicvel

NP geotxtil agulhado

NW geotxtil no tecido

graus

C graus celsius

K graus kelvin

P empuxo

P mtodo primrio pelo Modelo de Arrhenius

xxvii

p presso de vapor

p presso normal

Pa Pascal

Pl razo de perda de plastificante

ps presso de vapor saturado a uma determinada temperatura

q tenso normal sob a geomembrana

q' tenso efetiva sobre a geomembrana

R constante universal dos gases

R raio

R coeficiente de correlao

Rr razo de reao

S mtodo secundrio pelo Modelo de Arrhenius

s recalque diferencial

sen seno

Si varincia da amostra i

SP areia mal graduada

Sp varincia agrupada

Sx varincia da amostra

r tenso de ruptura

y tenso de escoamento

t perodo de tempo

T amostra extrada no sentido transversal da bobina

T espessura da geomembrana

T fora tangencial de cisalhamento

T temperatura absoluta

T tenso de trao

Tall tenso de trao admissvel

Tg temperatura de transio vtrea (glass transition)

tGM espessura da geomembrana

Tm temperatura de fuso dos polmeros (melting transition)

tan ou tg tangente

ton tonelada

tenso de cisalhamento

u deslocamento

velocidade mxima de fluxo na camada de cobertura da barragem

xxviii

v velocidade

V vertical

permeana

W peso

WVT razo de transmisso de vapor d'gua

X mdia aritmtica

Xi mdia aritmtica da amostra i

Xi valor do elemento

permissividade

2. ABREVIAES

A Arco

ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas

AC Arco em concreto

AD Amostra deteriorada

AHE Aproveitamento Hidreltrico

AM Arcos mltiplos

ANEEL Agncia Nacional de Energia Eltrica

AR Amostra de referncia (virgem)

ASTM American Society for Testing and Materials

B Barragem

BEFB Barragem de enrocamento com face betuminosa

BEFC Barragem de enrocamento com face de concreto

BEFG Barragem de enrocamento com face em geomembrana

BEFI Barragem de enrocamento com face impermevel

BENA Barragem de enrocamento com ncleo argiloso

C Contraforte

CBR Mtodo da penetrao para medio da resistncia ao puncionamento

CCR Concreto compactado com rolo

CEN Comit Europeu de Normatizao

CESI Centro Elettrotecnico Sperimentale Italiano

CGH Centrais Geradoras Hidreltricas

xxix

CMB Comisso Mundial de Barragens

CPE Polietileno clorado

CSM Copolmero cloro-sulfonatado

CSPE Polietileno cloro-sulfonatado

DSC Calorimetria de varredura diferencial

E ou ER Enrocamento

EFC Enrocamento com face de concreto

El. Elevao

ENEL Companhia Nacional de Eletricidade Italiana

EPDM ou MDPE Copolmero etileno-propileno

et al. e outros

FE Zona fora d'gua - exposta

FP Zona fora d'gua - protegida

G Gravidade

GA Gravidade em alvenaria

GAC Gravidade em alvenaria e concreto

GC Gravidade em concreto

GC ou HPLC Cromatografia

GM Geomembrana

GMR Geomembrana reforada

GMT Geomembrana texturizada

GRI Geosynthetic Research Institute

GS Geossinttico

GT Geotxtil

GVI Gravidade com vos internos

HDPE ou PEAD Polietileno de alta densidade

i.e. isto

ICOLD Comisso Internacional sobre Grandes Barragens

IE Zona imersa em gua - exposta

IGS International Geosynthetics Society

IIR Copolmero isobutileno-isopreno ou borracha butlica

IR Espectroscopia infra-vermelho

ISO International Organization for Standardization

xxx

LDPE Polietileno de baixa densidade

LLDPE Polietileno linear de baixa densidade

MSE Zona de molhagem-secagem - exposta

NBR Norma Brasileira

ND Amostra no deteriorada

ne No encontrada

ni No identificado

OIT Tempo de induo oxidativa

PCH Pequenas Centrais Hidreltricas

PE Polietileno

PET Geotxtil no-tecido de polister

PIB Poli-isobutileno

PP Polipropileno

PVC Policloreto de vinila ou polivinil clorado

PVC-P Policloreto de vinila com plastificante

R Reservatrio

S Solo

T ou TE Terra

T-EPDM Copolmero termo-etileno-propileno

TFC Terra com face de concreto

TGA Anlise termogravimtrica

TMA Anlise termomecnica

UHE Usinas Hidreltricas de Energia

UnB Universidade de Braslia

UNI Nazionale Italiano di Unificazione

VLDPE Polietileno de muito baixa densidade

1

Captulo 1

Introduo

1.1 CONSIDERAES SOBRE O TEMA

Barragens so construdas para represamento de guas como fonte geradora de energia eltrica,

controle de inundaes, abastecimento humano e industrial, irrigao e lazer. Esta tcnica tem sido

empregada h milhares de anos e hoje mais de 45.000 barragens em todo o mundo atendem

demanda de gua e energia, de acordo com o Relatrio da Comisso Mundial de Barragens (CMB,

2000).

As grandes barragens geram 19% de toda a eletricidade do mundo e um tero dos pases depende

de usinas hidreltricas para produzir mais da metade da sua demanda energtica (CMB, 2000).

Destaca-se ainda que 50% dessas grandes barragens foram construdas exclusiva ou

primordialmente para fins de irrigao, e cerca de 30 a 40% dos 271 milhes de hectares irrigados

no planeta dependem de barragens. Uma barragem tida como grande quando tem altura igual ou

superior a 15 metros (contados da fundao) ou, se tiver entre 5 e 15 m de altura e seu reservatrio

tiver capacidade superior a 3 milhes de metros cbicos, segundo a definio dada pela Comisso

Internacional sobre Grandes Barragens (ICOLD).

Trs quartos das grandes barragens em todo o mundo esto na China (46%), nos Estados Unidos

(14%), na ndia (9%), no Japo (6%) e na Espanha (3%), segundo estimativas da CMB, com base

em dados da ICOLD e outras fontes. O Brasil contribui atualmente com apenas 1% do nmero total

de grandes barragens, uma vez que somente cerca de 25% de todo o potencial hidreltrico

brasileiro, estimado em 260 GW, corresponde a usinas em operao e construo. So 596

2

empreendimentos em operao que aproveitam o potencial hidrulico para gerao de energia no

Brasil, entre Pequenas Centrais Hidreltricas (PCH), Centrais Geradoras Hidreltricas (CGH) e

Usinas Hidreltricas de Energia (UHE), atendendo a 70% da demanda nacional. Os 30% restantes

so supridos por fontes elicas, solares, nucleares, trmicas, petrolferas, de gs e pelas

importaes. Dados da Agncia Nacional de Energia Eltrica (Aneel), apresentados na Tabela 1.1,

refletem a tendncia brasileira de construir barragens nos prximos anos: 53 novos

empreendimentos se encontram hoje em construo (1 CGH, 13 UHE e 39 PCH) e 298 (22 UHE,

218 PCH e 58 CGH) foram outorgados pela Aneel entre os anos de 1998 e 2005, representando

uma potncia associada de aproximadamente 12 GW.

Estima-se, no entanto, que a demanda energtica brasileira em 2008 ultrapasse a casa dos 100 GW

(Aneel, 2006), tendo em vista que o Brasil cresce entre 3 e 4% ao ano, necessitando de um

aumento na capacidade instalada anual de 3000 a 4000 MW. Com base nesses dados, o que hoje

est em construo ou outorgado ainda muito pouco para evitar uma dependncia excessiva de

importao de energia ou a opo pela instalao de termeltricas a gs natural, j que os 12 GW

previstos sero suficientes para suprir a demanda energtica brasileira por um perodo estimado de

trs a quatro anos.

Tabela 1.1 - Resumo da situao atual dos empreendimentos (Aneel, 2006).

Empreendimentos de Fonte de Energia Hidrulica

Situao Potncia Associada (kW)

602 em operao 71.396.101

53 em construo 3.351.178

298 outorgada 8.596.446

Em virtude desse cenrio, destaca-se a importncia da construo de barragens no mbito social e

econmico brasileiro no que concerne no s prpria gerao de energia, mas produo de

alimentos, abastecimento de gua para comunidades urbanas e rurais, manuteno de leitos

navegveis, expanso da infra-estrutura fsica e social. A tendncia atual, inclusive, ter

Aproveitamentos Hidreltricos (AHE), onde a barragem atende a mltiplas finalidades, ao invs de

Usinas Hidreltricas (UHE).

fato que o ambiente e a sociedade sofreram os impactos desastrosos de projetos mal sucedidos,

levando muitos pases a colocar em discusso a questo da construo de novas barragens. Isso,

no entanto, levou a uma maior conscientizao das partes envolvidas e verifica-se hoje uma

3

tendncia a trabalhos visando sempre uma melhoria para o ser humano. O que se objetiva hoje, a

partir da concepo dos projetos, o desenvolvimento humano em uma base economicamente

vivel, socialmente justa e ambientalmente sustentvel.

1.2 DEFINIO DO PROBLEMA E JUSTIFICATIVA

Diversos tipos de materiais podem ser empregados na construo de barragens: terra,

enrocamento, concreto ou uma combinao destes. As barragens de enrocamento vm sendo

construdas deste o final do sculo XIX e nos ltimos anos tm sido freqentemente adotadas,

principalmente quando se necessita de estruturas de grande altura, em vales semi-encaixados. Por

ser um material de elevada resistncia, os taludes podem ser mais ngremes e a construo

relativamente mais rpida, quando comparada das barragens de terra, por no exigir um controle

de compactao to restrito em termos de umidade, o que possibilita sua construo tambm em

perodos chuvosos. As preocupaes se restringem praticamente escolha de um local com

fundao resistente (preferencialmente rocha s) e, no caso de barragens de enrocamento com

face de montante impermevel, execuo do paramento de montante, cuja funo principal a de

garantir a estanqueidade da estrutura.

No Brasil usualmente so adotadas as faces de montante em concreto armado, moldadas in loco,

como barreira para fluxo neste tipo de barragem. A grande desvantagem desta soluo a elevada

rigidez da face comparada do macio de enrocamento da barragem, o que pode ocasionar o

aparecimento de trincas e fissuras nas lajes oriundas das deformaes do macio aps o

enchimento do reservatrio.

Para garantir a impermeabilidade da estrutura o recomendvel a execuo de uma face no rgida

que possa acompanhar as deformaes do macio sem deixar de atender a sua funo de barreira

hidrulica. As faces de concreto, usualmente empregadas, nem sempre conseguem atender bem a

este quesito ou se tornam excessivamente onerosas em funo do grande nmero de juntas e dos

cuidados especiais requeridos para execut-las.

A tcnica de utilizar um material mais flexvel como a geomembrana, que acompanhe as

deformaes do macio da barragem, foi e ainda largamente empregada na Europa e nos

Estados Unidos, porm ainda desconhecida pela maioria dos projetistas brasileiros. Alm do

prprio processo construtivo, os critrios de projeto, a durabilidade, a segurana e os custos dessa

4

alternativa so ainda questionados. Alm disso, so escassos os nmeros de publicaes na

literatura brasileira sobre o emprego de geomembranas na impermeabilizao de barragens.

As faces em membrana, dependendo do tipo de polmero-base que as constitui, se apresentam

como uma opo vantajosa em barragens de enrocamento, pois acompanham as deformaes do

macio quando submetido carga hidrulica advinda do enchimento do reservatrio. Alguns tipos

de geomembranas chegam ruptura com deformaes superiores a 300% e, desde que aplicadas

adequadamente, atendem com segurana e bom desempenho sua funo na estrutura.

A durabilidade relativamente elevada nos novos materiais polimricos, que utilizam formulaes

com aditivos que permitem uma exposio mais prolongada aos raios ultravioletas, embora a

preferncia seja pela execuo de uma camada de proteo sobre a geomembrana para evitar

danos mecnicos ocasionados por materiais flutuantes ou vandalismo.

O emprego da geomembrana como barreira de fluxo em barragens requer, entretanto, certos

cuidados com relao ao controle de qualidade durante a instalao do produto, cuidados especiais

durante sua fixao, detalhes construtivos que assegurem uma ancoragem adequada, alm de

sistemas adequados para apoio e proteo das mesmas.

1.3 DESCRIO DA PESQUISA

A presente tese parte integrante de uma linha de pesquisa que est em andamento no Programa

de Ps-Graduao em Geotecnia da UnB, em parceria com Furnas Centrais Eltricas, que envolve

o estudo de barragens de enrocamento, visando a obteno de parmetros de projeto para o

enrocamento por meio de uma campanha de ensaios de grande escala, realizada no Laboratrio de

Mecnica das Rochas do Centro Tecnolgico de Engenharia Civil de Furnas em Goinia,

simulaes numricas para previso do comportamento dessas barragens e alternativas de

barreiras impermeveis com concreto asfltico e emulses asflticas misturadas ao material do

ncleo. Algumas dissertaes de mestrado nessa linha de pesquisa j foram concludas como as de

Dias (2001), Frutuoso (2003), Falco (2003) e Jacintho (2005).

O presente estudo trata da utilizao de geomembrana como barreira de fluxo na face de montante

de barragens de enrocamento, enfocando as caractersticas, as propriedades e o comportamento

da geomembrana, casos histricos, aspectos de projeto e a durabilidade do material polimrico.

5

Ressalta-se que, embora a pesquisa tenha sido desenvolvida visando a aplicao da geomembrana

em barragens de enrocamento, os dados podero ser teis para o emprego em outros tipos de

barragens como as de terra, com ncleo central delgado e barragens mistas, alm da potencial

aplicao na reabilitao de barragens de concreto, de enrocamento com face de concreto e face

de concreto betuminoso.

Ensaios de laboratrio foram realizados em amostras de geomembrana de PVC-P com a finalidade

de conhecer suas caractersticas e o seu comportamento fsico, qumico e mecnico. O material

ensaiado (PVC) foi escolhido por ser o mais indicado neste tipo de obra, porm, as propriedades de

outros polmeros (HDPE, LLDPE etc) podem ser determinadas em alguns casos utilizando a mesma

metodologia. O tipo de obra e as condies de carregamento e do ambiente iro influenciar a

escolha do polmero mais adequado s solicitaes de campo durante a vida til da estrutura. A

durabilidade das geomembranas de PVC foi avaliada por meio de um estudo especfico no qual o

envelhecimento do material realizado em laboratrio e os dados obtidos checados com os

resultados de ensaios conduzidos em amostras de geomembranas exumadas de diferentes

barragens e reservatrios italianos.

A pesquisa foi iniciada no Programa de Ps-Graduao em Geotecnia da UnB e, durante o perodo

de um ano (de Junho/2003 a Junho/2004), foi desenvolvida no Laboratrio de Geossintticos do

Centro Elettrotecnico Sperimentale Italiano (CESI SpA) em Milo, na Itlia, sob a superviso do

Eng. Danieli Cazzuffi. Ensaios que necessitaram de uma aparelhagem especfica e de grande porte

foram realizados na empresa TENAX SpA, em Vigan (LC), na Itlia.

1.4 OBJETIVOS E ESTRUTURA DA TESE

O objetivo principal deste trabalho foi avaliar a potencialidade de utilizao de geomembranas em

barragens de enrocamento como elemento responsvel pela impermeabilizao do barramento,

procurando quantificar seu desempenho e a durabilidade do material polimrico por meio de ensaios

de laboratrio em amostras envelhecidas artificialmente e exumadas de barragens e reservatrios.

Desta forma, pretende contribuir para a insero da tecnologia no Brasil, dispondo informaes aos

projetistas sobre as tcnicas de empregar a geomembrana como barreira de fluxo em barragens de

enrocamento. Visa, em suma, fornecer recomendaes para a elaborao de projetos de Barragens

de Enrocamento com Face em Geomembrana (BEFG).

6

A tese est estruturada em nove captulos. O presente captulo faz as consideraes iniciais sobre o

tema, define o problema estudado e apresenta a justificativa e os objetivos da pesquisa. O segundo

captulo aborda a histria das faces impermeveis em barragens e o comportamento de barragens

de enrocamento com face de concreto. O terceiro captulo traz os fundamentos tericos sobre as

caractersticas, as propriedades e o comportamento de geomembranas para aplicao em

barragens. Os aspectos principais para a elaborao de projeto de uma BEFG e estudos sobre a

durabilidade so relatados no Captulo 4. No quinto captulo descrito o programa experimental

conduzido nas amostras de geomembrana envelhecidas e exumadas. Os resultados dos ensaios

conduzidos nas amostras degradadas artificialmente e daquelas exumadas so apresentados e

discutidos nos captulos 6 e 7, respectivamente. As recomendaes para a elaborao de projetos e

instalao de geomembrana na face de montante de barragens de enrocamento so apresentadas

no Captulo 8. As concluses sobre o trabalho e as sugestes para a continuidade da pesquisa se

encontram no Captulo 9.

7

Captulo 2

Barragens com Face

Impermevel a Montante

2.1 INTRODUO

Em alguns tipos especficos de barragens, a funo de reteno de fluidos no exercida

propriamente pelo macio, mas por uma delgada camada de baixa permeabilidade instalada na sua

face de montante. O material que constitui o macio, nestes casos, no necessariamente dever

apresentar baixa permeabilidade, mas atender aos princpios de estabilidade e de compatibilidade

das deformaes. A face, em contrapartida, no considerada um elemento estrutural do macio,

mas um elemento que promove e garante a estanqueidade do barramento, mesmo aps as

deformaes decorrentes do enchimento do reservatrio.

As barragens em que todo o macio constitudo por enrocamento so exemplos de estruturas que

necessitam obrigatoriamente de uma barreira delgada de baixa permeabilidade, usualmente

posicionada na face de montante do barramento, para garantir a estanqueidade do conjunto. O

enrocamento pode ser definido como um material grosso e drenante, obtido de escavaes

obrigatrias das fundaes ou tneis na rea do empreendimento ou de pedreiras. A dimenso

mxima dos gros de enrocamento pode variar de acordo com a zona em que ocupam no macio

da barragem. O usual a compactao das zonas mais prximas face de montante em camadas

de pequena espessura, com materiais constitudos por rocha s e de granulometria mais fina,

objetivando minimizar os recalques sob a laje. A jusante do eixo, o projeto pode admitir rochas no

8

selecionadas e camadas compactadas em espessuras maiores e constitudas por material com

dimetros mximos de at 2.000 mm.

Com relao face de montante, diversos materiais j foram empregados para a impermeabilizao

de barragens deste gnero, tais com a madeira, o metal, o concreto betuminoso, o concreto e as

membranas polimricas. Dados empricos mostraram a funcionalidade de muitos desses materiais e

foram fundamentais para a excluso de alguns deles da lista de alternativas para emprego em

barragens de enrocamento. Em outros casos, a forte tradio adquirida em um determinado tipo de

face impediu a insero e o desenvolvimento de outras alternativas na engenharia brasileira de

barragens, como, por exemplo, a das faces em materiais sintticos (geomembranas), to difundida

na Europa, nos EUA e mais recentemente na China. Barragens homogneas de terra ou barragens

de enrocamento com ncleo argiloso podem tambm empregar geomembranas, associadas ao

material natural mais fino, para reduzir ainda mais a permeabilidade da seo a montante do eixo e

assegurar infiltraes mnimas pelo corpo da barragem.

Assim, este captulo apresenta uma breve histria sobre a aplicao das faces impermeveis a

montante em barragens, com destaque para as faces em concreto. apresentada uma descrio

geral sobre o comportamento das barragens de enrocamento, com nfase nas deformaes da face

e, por ltimo, relatada a experincia brasileira na aplicao dos materiais geossintticos

(geomembranas ou geocompostos) na impermeabilizao de obras hidrulicas.

2.2 BREVE HISTRICO

A histria das faces impermeveis em barragens se confunde com a das barragens de

enrocamento, por este material estar intimamente associado a um elemento impermevel que o

torne estanque. Portanto, a evoluo das barragens de enrocamento apresentada com meno s

diferentes faces j empregadas desde a metade do sculo XIX at os dias atuais. Com o passar dos

anos, o projeto e as tcnicas de construo das Barragens de Enrocamento com Face Impermevel

(BEFI) foram se aprimorando a partir da experincia de casos precedentes e apoiados pelo avano

dos mtodos de anlise. A Tabela 2.1 apresenta uma compilao de dados, comparando trs

pocas distintas das barragens de enrocamento.

9

Tabela 2.1 Evoluo das barragens de enrocamento com face impermevel.

Antes de 1960 Entre 1960 e 1980 Dcada de 1990

Enrocamento Lanado sem compactao e arranjo dos blocos

Compactado em finas camadas, zonado

Compactado em finas camadas, zonado

Tipo de rocha para o enrocamento

S, exclusivamente Aproveitamento de larga faixa de material rochoso, inclusive rochas moles

Aproveitamento de larga faixa de material rochoso, inclusive rochas moles

Reduo dos recalques Jateamento de grande quantidade de gua sob presso no enrocamento

Reduo expressiva da quantidade de gua adicionada ao enrocamento, compactao

Adio de gua ao enrocamento, compactao mais rigorosa prximo face e zoneamento do macio

Transio entre face e macio

Alvenaria de pedra ou rocha colocada a mo

Faixa de material rochoso mais fino compactado em camadas delgadas horizontais

Reduo do dimetro mximo do material de transio

Taludes Taludes de jusante com inclinao prxima ao do ngulo de repouso do material lanado (370) e talude de montante mais abatido

Talude de montante com inclinao da ordem de 1 V:1,4 H

Talude de montante mais ngreme (1 V:1,3 H), CCR na face de jusante

Fundao Em rocha, com trincheira de vedao

Plinto como base para execuo da cortina de injees

Plinto concretado como laje contnua, sem juntas de contrao

Material da face Madeira, metal, concreto e concreto betuminoso

Predominncia das faces de concreto (Brasil) e faces sintticas (Europa e EUA)

Predominncia das faces de concreto (Brasil) e faces sintticas (Europa e EUA)

Tipo da face de concreto Em painis em torno de 5 m2 de rea

Concretagem com formas deslizantes, aps trmino da construo do macio

Concretagem com formas deslizantes

Armao das faces em concreto

0,5 % da seo de concreto

0,5 % da seo de concreto

Entre 0,3 e 0,4 % da seo de concreto

Juntas na face de concreto

Horizontais e verticais com material de preenchimento

Juntas horizontais construtivas e eliminao do material de preenchimento

Surgimento de novo conceito de junta perimetral e incluso de veda-juntas de borracha

Finos no enrocamento Divergncia entre especialistas, preferncia pela eliminao dos finos no enrocamento

Incluso de finos, aumento da densidade do macio

Presena de finos, aumento da densidade do macio

Medidas de segurana contra infiltraes

Nenhuma Melhoria dos veda-juntas, utilizao de mastique ao longo da junta perimetral

Filtro prximo junta perimetral e insero de material areno-siltoso para proteo adicional da junta perimetral

As primeiras BEFI se originaram na Califrnia, EUA, em 1850 (Golz, 1977). Aproveitando-se da

experincia adquirida em detonaes de rocha e dos estreis gerados em quantidades apreciveis,

10

os mineradores de ouro comearam a construir barragens de pequena altura para armazenamento

de gua utilizando esse novo material associado a um sistema composto por vigas e pranchas de

madeira que garantiam a estanqueidade (Veiga Pinto, 1983). At 1900, sete das onze barragens

com face impermevel, construdas nos EUA, utilizaram a madeira como face, uma adotou a laje em

concreto, outra foi executada com pedra rejuntada e em duas foram empregadas chapas internas

de ao. Entre 1900 e 1932, mais dezoito barragens foram construdas, duas com face em madeira e

o restante em concreto. A tcnica foi evoluindo e dando suporte construo de grandes obras nos

EUA no incio do sculo XX, como Salt Springs (Figura 2.1) concluda em 1931.

Figura 2.1 Seo transversal mxima da Barragem de Salt Springs (Steele & Cooke em 1960,

citado por Gaioto, 1997).

Esta barragem foi construda em trs etapas, adicionando gua na proporo de 1 m3 para cada

4 m3 de enrocamento. Essa grande quantidade de gua era aplicada na forma de jatos sobre o

enrocamento lanado, objetivando a eliminao dos finos nos pontos de contato rocha-rocha, a

quebra antecipada dos contatos saturados e, por conseguinte, uma minimizao dos recalques ps-

construo, como acreditavam os especialistas na poca (Gaioto, 1997).

A prtica de execuo do macio de enrocamento lanado, sem nenhum tipo de compactao,

conforme descreve Cooke (1984), ocasionou o aparecimento de srios problemas de infiltrao em

barragens de grande altura, causadas por trincas nas zonas de trao da laje, prximas s

ombreiras. Por este fato, durante 25 anos, a partir de 1940, a construo de barragens de

enrocamento com face de concreto foi suspensa. Aps esse perodo, difundiu-se a prtica do uso

de enrocamento compactado com molhagem em camadas de espessura limitada e a diviso da

11

compactao em diferentes zonas, variando a granulometria e a energia de compactao. O

objetivo era proporcionar uma melhor acomodao e consolidao do macio, reduzindo assim a

sua deformabilidade. Alm disso, foram desenvolvidos sistemas de veda-juntas de maior

confiabilidade entre a laje de concreto e o plinto.

Todo este avano nas tcnicas construtivas, alcanados at ento, levou construo de diversas

barragens, como New Exchequer (146 m), concluda em 1966, e diversas outras com alturas

superiores a 100 m, conforme descreve Golz (1977). A consolidao da srie de mudanas no

projeto e nas tcnicas construtivas, apresentadas na Tabela 2.1, se deu efetivamente com a

construo da Barragem de Cethana (Figura 2.2) em 1971, na Austrlia. Durante os anos de 1970 e

1974 foi construda na Colmbia a Barragem de Alto Anchicay, com 140 m de altura e taludes de

1V:1,4H. Entre 1975 e 1980 foi construda no Brasil a barragem de Foz do Areia (Figura 2.3), at

ento a mais alta Barragem de Enrocamento com Face de Concreto (BEFC) do mundo, com 160 m

de altura, no estado do Paran. Ressalta-se que nesta fase, a concretagem da laje era feita depois

de concludo todo o macio de enrocamento, objetivando a minimizao da influncia das

deformaes no macio sobre a mesma, no entanto, acarretando em prazos maiores na execuo

dessas barragens.

Figura 2.2 Seo mxima transversal da Barragem de Cethana (Wilkins et al. em 1973, citado por

Gaioto, 1997).

12

Nos anos 90 houve ainda mudanas principalmente no sentido de reduzir os custos e minimizar as

infiltraes. O projeto e a experincia adquirida na construo da Barragem de Foz do Areia foram

teis para a implementao de melhorias (projeto e custos) na Barragem de Segredo (PR),

concluda em 1992. Alm dos aspectos destacados na Tabela 2.1, outra evoluo importante foi

quanto ao aproveitamento de materiais provenientes de escavaes obrigatrias em rocha para a

construo do macio da barragem, testado com sucesso na Barragem de Xing (SE/AL), concluda

em 1994. Para minimizar os prazos construtivos, a alternativa encontrada foi a execuo da laje em

estgios, simultaneamente ao lanamento do enrocamento, como no caso das barragens de It

(SC/RS), concluda em 2000 e a Barragem de Mohale (concluda em 1997), na frica (Goddle &

Droste, 2001). A experincia acumulada nessas primeiras BEFC brasileiras serviu de suporte para a

construo de mais cinco outras grandes barragens no Brasil: Machadinho (SC/RS), concluda em

2002; Itapebi (MG/BA), concluda em 2003; Quebra-Queixo (SC), concluda em 2003; Barra Grande

(SC/RS), concluda em 2005 e Campos Novos (SC), com 196 m de altura mxima, concluda em

2005.

Figura 2.3 - Seo mxima transversal da Barragem de Foz do Areia (Pinto et al. em 1981, citado

por Gaioto, 1997).

13

O concreto asfltico foi tambm utilizado para garant

Estudio Geomembranas en La Impermeabilizacion Presas de Enrocado Cara Concreto

Documents