O Estudo de Erosão Interna em Barragem de Terra

Estudo de Erosão Interna em Barragem de Terra

Dayana Santos Silva

Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, Brasil, [e-mail]

Saulo Gutemberg Silva Ribeiro

Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, Brasil, [e-mail]

RESUMO: Vários fatores podem colocar uma barragem em risco. A perda progressiva da estabilidade, provocada por algum tipo de anomalia, dificulta que o processo seja interrompido levando a estrutura ao colapso. No projeto, construção e operação de uma barragem, o requisito fundamental deve ser a segurança, pois os acidentes envolvendo esse tipo de estrutura podem ter consequências catastróficas e imensuráveis. O processo de erosão interna é uma das principais causas de ruptura em barragens em todo o mundo. Um dos dispositivos mais eficientes para evitar e/ou conter esse tipo de processo é o sistema interno de drenagem. Para se avaliar a susceptibilidade ou vulnerabilidade do solo sofrer erosão é sugerido que de antemão se estude os processos de erodibilidade e instabilidade interna do solo, que se dão por meio de critérios definidos na literatura e mais ainda, por ensaios laboratoriais. Vários pesquisadores estudaram o comportamento do solo, quando submetido a altos valores de gradientes hidráulicos, a partir destes estudos, foi possível estabelecer uma gama de critérios relacionados, principalmente, às curvas de distribuição granulométrica dos materiais envolvidos na filtragem. Dentro desse contexto e com o objetivo de elucidar a aplicação dos critérios de dimensionamento de filtro e avaliar a sua eficiência frente aos processos erosivos, realizou-se ensaio de laboratório em amostra de filtro e solo base. Por meio do ensaio, foi possível avaliar a eficiência do filtro quando submetido, junto ao solo base, a altos valores de gradientes hidráulicos. Na literatura, muitos dos ensaios de laboratório realizados para estudo dos critérios de dimensionamento de filtro apresentam valores de gradientes superiores ao encontrado neste trabalho, como por exemplo, o trabalho de Sherard e Dunningan (1989). A partir de análise qualitativa dos resultados do ensaio, pode-se concluir que é possível ter uma segurança maior quanto ao dimensiomanto do filtro ao se aplicar os critérios da literatura e também realizar-se ensaio de laboratório. Muitos profissionais de engenharia geotécnica acreditam que gradientes hidráulicos com valores pouco acima da unidade, são deterministas no desencadear de várias anomalias. Esse entendimento só é verdadeiro se o sistema de drenagem for mal dimensionado.  Pois, foi observado no ensaio que mesmo em situação extrema de gradiente hidraulico da ordem de 100, a permeabilidade da amostra manteve-se constante e visualmente as partículas adivindas no solo base mantiveram-se na interface entre os dois materiais, ou seja, não ocorreu nenhum dos processos erosivos e o filtro conteve quase que em sua totalidade, as partícula finas advindas do solo base. O filtro desempenhado seu papel com sucesso atendendo aos critérios básicos de projeto de retenção e permeabilidade.

PALAVRAS-CHAVE: Barragem, erosão, piping, filtro, gradiente hidráulico.

1        INTRODUÇÃO

As barragens de terra são o tipo de barragens mais usuais em todo o mundo, representando cerca de 63,0 % do total mundial (Souza, 2013). Massad (2010) comenta que no Brasil, as barragens de terra são mais utilizadas devido às condições topográficas, com vales muito abertos, e à disponibilidade de material terroso.

Em relação às outras barragens, uma barragem de aterro implica, desde logo, uma preocupação acrescida com os estudos de percolação, uma vez que a passagem de água através do corpo da barragem é uma realidade. Estes estudos, bem como os de estabilidade, devem ser acompanhados por um eficaz sistema de monitorização em fase de construção e em serviço, para averiguar a funcionalidade e segurança de todo o sistema (Souza, 2013).

Até 1986, no que se referem às grandes barragens, as estatísticas dos tipos de ruptura são as apresentadas na Figura 1. Foster et al. (2000) destaca que cerca de metade de todas as rupturas são relacionadas com o piping e, aproximadamente 42% delas ocorrem durante o primeiro enchimento. Cerca de 66% (englobando todos os tipo de rupturas) das rupturas ocorrem durante os primeiros 5 anos de operação das barragens (Souza, 2013).

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Figura 1. Tipos de rupturas em grandes barragens de aterro (Sousa, 2013 apud Foster et al., 2000).

Segundo Cruz (2004), dentre os requisitos básicos de uma barragem, o de estanqueidade é fundamental. A conjugação do sistema de vedação e drenagem constitui a principal defesa das estruturas de terra a processos de erosão interna (piping). Nenhuma barragem pode ser considerada com comportamento satisfatório sem que seja suficientemente vedante. A vedação da barragem e de sua fundação deve, portanto, ser a primeira preocupação na elaboração do projeto. Este autor ressalta também que os sistemas de drenagem constituem a principal defesa contra fluxos concentrados e preferenciais.

2        EROSÃO INTERNA

A erosão interna é caracterizada essencialmente pelo movimento de partículas através do solo, como consequência da desestabilização do equilíbrio de forças na matriz do solo. O desequilíbrio ocorre quando as forças de atrito que tendem a arrastar as partículas, se tornam maiores do que aquelas que resistem ao movimento. Destacando que o gradiente hidráulico tem uma relação direta com a intensidade dessa força de atrito.

A erosão interna pode ocorrer por dois processos mais comuns: sufusão e piping.

2.1        Sufusão

O processo de sufusão é caracterizado pela migração das partículas finas, transportadas pelo fluxo de infiltração, através da matriz estrutural do solo composta pela fração grossa. Neste caso, ocorre a formação de vazios, pela migração das partículas finas, não interligados.

A velocidade de fluxo, através da matriz do solo, deve impor uma tensão suficientemente elevada para superar as tensões efetivas do solo e mover as partículas finas através dos vazios.

2.2        Piping

O termo piping foi definido por Terzaghi (1939) como um processo de erosão que se inicia num ponto de saída de vazamento (a jusante) e que continua por erosão retrógrada até que um canal interno se forme através da barragem. Kovacs (1981) definiu o piping, ou “efeito de fervura”, quando um movimento significativo de partículas, ao longo da linha de fluxo, cria um canal de alta permeabilidade dentro da camada e as partículas sólidas parecem “ferver” na saída deste canal (Barrera, 2010).