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C OMITÊ BRASILEIRO DE BARRAGENS XXVII SEMINÁRIO N ACIONAL DE G RANDES BARRAGENS BELÉM - PA, 03 A 07 DE J UNHO DE 2007 T100 – A
COMPARATIVO ENTRE MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE
PERMEABILIDADE DE SOLOS GRANULARES À CARGA CONSTANTE
Fabio de Oliveira PENNA Neto Engenheiro Líder do Laboratório de Materiais de Construção da UHE Tucuruí - Eletronorte
Diyoiti SHINOHARA Técnico Especializado do Laboratório de Materiais de Construção da UHE Tucuruí - Eletronorte
João Benedito Ribeiro de FARIAS Técnico Especializado do Laboratório de Materiais de Construção da UHE Tucuruí - Eletronorte
Raimundo de Jesus Santos PINHEIRO Técnico Especializado do Laboratório de Materiais de Construção da UHE Tucuruí - Eletronorte
RESUMO
Este trabalho apresenta os resultados de um estudo realizado pelo Laboratório de Materiais de Construção da Eletronorte, situado na UHE Tucuruí, onde foram determinados os coeficientes de permeabilidade de solos granulares, utilizados na execução de filtros, em barragens de terra e enrocamento. O estudo foi realizado com o objetivo de verificar se uma mesma amostra, nas mesmas condições físicas e, submetidas aos mesmos gradientes hidráulicos, apresentaria o mesmo coeficiente de permeabilidade, quando ensaiada conforme NBR-13292 da ABNT e pelo método “KAPETSKI” tradicionalmente utilizado pela Eletronorte, durante a construção da 1ª Etapa e parte da Etapa de Expansão da UHE Tucuruí, para controle da permeabilidade de filtros.
ABSTRACT
This paper presents the results of a study drawn up by the Construction Material Laboratory of Eletronorte, located in Tucuruí power plant, where were carried out the permeability test of soils used in the filters of the earth rockfiil dam embankment. The study was accomplished with the objective of verifying if a given sample, in the same physical conditions , submitted to the same hydraulic gradient, would present the same permeability coefficient when tested by NBR-13292 of ABNT standard and by method “KAPETSKI”, traditionally used by the soil laboratory of Eletronorte, during the construction of the first stage and part of the second stage of extension works of Tucuruí power plant for the control of the permeability of filters.
1. INTRODUÇÃO
A Usina Hidrelétrica Tucuruí foi executada em duas etapas distintas. A 1ª Etapa de construção se deu no período de 1975 a 1992 e a etapa de expansão, no período de 1998 a 2006.
Somente a partir de 1995 é que a ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas publicou a NBR-13292, normalizando o método para a determinação do coeficiente de permeabilidade de solos granulares à carga constante.
Desta forma, durante todo o período construtivo da 1º Etapa da UHE Tucuruí e parte da Etapa de Expansão, até que fossem disponibilizados no mercado e implantados no Laboratório de Materiais de Construção, os permeâmetros e demais equipamentos necessários para atender a NBR-13292, o controle da permeabilidade dos filtros foi executado conforme método “KAPETSKI”, metodologia esta vigente à época nos Laboratórios da CESP - Centrais Elétricas de São Paulo e IPT - Instituto de Pesquisas Tecnológicas, entre outros laboratórios.
Conforme especificação da obra, os filtros deveriam ser construídos com areia natural média, coeficiente de permeabilidade 10 -2^ cm/s e compacidade relativa 42% < CR Mensal < 65% para filtros inclinados e verticais e CR > 65% para filtros horizontais [1].
A areia artificial (pedrisco) foi utilizada na execução das transições e tinha como parâmetro de controle a obtenção de peso específico seco >1,7 t/m 3 [1].
2. PRINCIPAIS DIFERENÇAS ENTRE MÉTODOS
A Tabela 1, a seguir relaciona as principais diferenças entre os dois métodos:
Método de Ensaio Procedimento/Norma (^) KAPETSKI (PTCTM-ME-0401)
NBR-13292/ (Permeâmetro Tipo 1) ∅ (cm)
L (cm)
Relação L/∅
∅ (cm)
L (cm)
Relação Permeâmetros L/∅ (Dimensões) 10,441 12,929 1,2 13,776 30,000 2,
Corpo de Prova (Dimensões) 10,441^ 12,929^ 1,2^ 13,776^ 16,400^ 1,
Saturação do Corpo de Prova
Adição de água com auxílio de mangueira ligado na base do CP elevando a carga até surgência de água no topo.
Aplicação de bomba de vácuo gradativamente até atingir 67 KPa (50cm Hg), conforme norma.
Ligação dos Tubos Manométricos no Corpo de Prova
Tubo inferior, abaixo da base do corpo de prova e o superior acima do topo dele aproximadamente 2,5cm.
Tubo inferior, acima da base do corpo de prova e o superior abaixo do topo dele aproximadamente 2,8cm. TABELA 1: Principais diferenças entre métodos de ensaio
3.3 PROCEDIMENTOS DE P REPARAÇÃO DAS AMOSTRAS, M OLDAGENS DOS CORPOS DE
PROVA E E XECUÇÃO DOS ENSAIOS
- Secagem e homogeneização dos materiais em quantidades suficientes para a realização do estudo. - Moldagem do corpo de prova no cilindro do permeâmetro, calculando a massa seca necessária para preenchimento do volume, visando a obtenção da massa específica programada. Para o molde do método NBR-13292, foram feitas com 11 (onze) camadas iguais de 2,0cm cada e para o molde Kapetski, 4 (quatro) camadas iguais de 3,23cm. A amostra correspondente a cada camada foi umedecida e homogeneizada numa bandeja. Cada porção foi colocada no interior do molde e compactada com o soquete de madeira, controlando a altura de cada camada com régua milimetrada. - A execução do ensaio foi feita aumentando-se a carga hidráulica de 1,0cm em 1,0cm, de modo a estabelecer adequadamente a região do fluxo laminar. - Foi utilizada água destilada nos ensaios.
3.4 ESQUEMAS DOS E QUIPAMENTOS ENVOLVIDOS NOS ENSAIOS
3.4.1 Montagem dos equipamentos conforme NBR-
A Figura 2, a seguir, apresenta foto e detalhe esquemático da montagem dos equipamentos de ensaio conforme prescrição da NBR-13292.
- FIGURA 2: Aparelhagem conforme NBR-
4. RESULTADOS DOS ENSAIOS
4.1 F ÓRMULA PARA CÁLCULO DO COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE À C ARGA CONSTANTE
(K20º C cm/s).
L
H
i = (1)
Onde:
i é o gradiente hidráulico; H é a diferença nos níveis dos tubos piezométricos (cargas) (cm); L é a altura do corpo de prova (cm).
∆ t
∆ V
Q = (2)
Onde:
Q é a vazão (cm 3 /s); ∆V é o volume escoado (cm 3 ); ∆t é o tempo gasto (s).
A
Q
Vt = (3)
Onde:
Vt é a velocidade de fluxo (cm/s); Q é a vazão (cm 3 /s); A é a área do corpo de prova (cm 2 ).
∆ i
∆Vt 20 º C K 20 º C = (^) (4)
Onde:
K20ºC é o coeficiente angular da reta, que corresponde ao coeficiente de permeabilidade (cm/s); ∆Vt20ºC é a velocidade de fluxo à 20°C (cm/s); ∆i é o gradiente hidráulico dentro do regime laminar.
4.2 VELOCIDADE DE FLUXO X G RADIENTE HIDRÁULICO.
Nas Figuras 4 a 6 estão os gráficos da relação: velocidade de fluxo versus gradiente hidráulico para determinação do coeficiente angular da reta, que corresponde ao coeficiente de permeabilidade, K20ºC.
Velocidade de Fluxo ( cm/s) (V-20°C.)
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,00 0,06 0,12 0,18 0,24 0,30 0,36 0,42 0,48 0,54 0,60 0,66 0,72 0,78 0,84 0,90 0,96 1, Gradiente ( i = ∆ h / L )
CR = 40%K20°C = 2,93 X 10 cm/s
CR = 40%K20°C = 1,32 X 10 cm/s
CR = 60%K20°C = 2,60x10 cm/s
CR = 60%K20°C = 9,39 X 10 cm/s
LEGENDA: Permeâmetro NBR-13292/95 – Tipo 1 Permeâmetro Convencional (Kapetski) Pontos de Leituras do Ensaio
FIGURA 4: Areia fina
Velocidade de Fluxo ( cm/s) (V-20°C.)
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,00 0,06 0,12 0,18 0,24 0,30 0,36 0,42 0,48 0,54 0,60 0,66 0,72 0,78 0,84 0,90 0,96 1, Gradiente ( i = ∆ h / L )
CR = 40%K20°C = 5,86 X 10 cm/s
CR = 40%K20°C = 2,44 X 10 cm/s
CR = 60%K20°C = 4,73 X 10 cm/s
CR = 60%K20°C = 1,84 X 10 cm/s
LEGENDA: Permeâmetro NBR-13292/95 – Tipo 1 Permeâmetro Convencional (Kapetski) Pontos de Leituras do Ensaio
FIGURA 5: Areia média
É provável que as causas que contribuíram para essas diferenças, estejam relacionados aos procedimentos de cada método: dimensões diferentes dos permeâmetros e corpo de prova, saturação e ligação dos tubos manométricos no corpo de prova, etc.
6. AGRADECIMENTOS
À Eletronorte - ETC - Gerência das Obras da Expansão da UHE Tucuruí, pelo incentivo e apoio dado à elaboração deste trabalho.
À Equipe do Laboratório de Materiais de Construção da Eletronorte - ETCCM, pela realização dos ensaios apresentados neste trabalho, e ao técnico Adelmar M. Pinto pela elaboração gráfica do mesmo.
Ao Engenheiro Oscar Machado Bandeira pela versão para o inglês do resumo do trabalho.
7. PALAVRAS-CHAVE
Permeabilidade, Permeâmetro, Areia.
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Consórcio Engevix-Themag (1998) - “Especificações Técnicas DT-TUC- Anexo VI Barragem de Terra e Enrocamento”, UHE Tucuruí - Projeto Executivo.
