Estudo experimental e numérico sobre uso de barreiras geossintéticas poliméricas para controle de percolação em barragens convencionais e de rejeitos

Abstract

Resumo: Toda barragem de terra ou de rejeito requer que alguma medida de controle de percolação pelo maciço da barragem seja adotada. A técnica tradicional empregada pelos projetistas é o dreno interno de agregado, que promove a drenagem do maciço. Porém, o dreno vertical de agregado pode ser substituído pela instalação de barreiras geossintéticas poliméricas (GBR-Ps), que criam uma barreira impermeável, controlando assim o fluxo. Entretanto, a instalação de GBR-Ps pode trazer consigo problemas de estabilidade devido aos baixos parâmetros de resistência ao cisalhamento de interface, onde, ao instalar-se a GBR-P com geometria que favoreça planos inclinados e/ou contínuos, o surgimento de superfícies preferenciais de ruptura ocorrerá e problemas de estabilidade poderão surgir. Diante disso, nesta dissertação foram propostas geometrias de instalação que não propiciam superfícies preferenciais de ruptura. Estas geometrias foram avaliadas através de simulações numéricas de fluxo e de tensão-deformação, além de análises de estabilidade de taludes, afim de verificar sua eficiência no controle de fluxo pelo aterro, as tensões impostas a GBR-P e a estabilidade do maciço. Além disso, modelos físicos representativos foram construídos afim da verificação do comportamento de fluxo em pequena escala quando da instalação de GBR-P bem como para validação das premissas de modelagem e do arranjo conceitual proposto. Os resultados das simulações numéricas mostraram que a GBR-P foi eficiente no controle do fluxo pelo maciço e que as tensões e deformações impostas a ela estavam abaixo dos valores máximos admissíveis, não existindo, desta forma, a possibilidade de ruptura com perda da função impermeabilizante. A estabilidade, para as geometrias propostas, não foi condicionada pela GBR-P conforme verificado nas análises de estabilidade. Os modelos físicos demonstraram que o comportamento de fluxo quando da instalação da GBR-P foi adequado e seus resultados validaram as premissas da modelagem numérica.

Abstract: All earth or tailings dam requires that some measure of percolation control by the dam massif be adopted. The traditional technique employed by the designers is the internal aggregate drain, which promotes the drainage of the massif. However, the vertical aggregate drain can be replaced by the installation of polymeric geosynthetic barriers (GBR-Ps), which create a waterproof barrier, thus controlling the flow. However, the installation of GBR-Ps can bring with it stability problems due to the low parameters of resistance to interface shear, where, when installing the GBR-P with geometry that favors inclined and/or continuous planes, the appearance of preferred rupture surfaces will occur and stability problems may appear. Thus, in this dissertation, installation geometries were proposed that do not provide preferred rupture surfaces. These geometries were evaluated through numerical simulations of flow and stress-strain, in addition to stability analyses of the scales, in order to verify their efficiency in the flow control by the landfill, the stresses imposed on GBR-P and the stability of the massif. In addition, representative physical models were constructed in order to verify the small-scale flow behavior at GBR-P installation as well as to validate the modeling premises and the proposed conceptual arrangement. The results of numerical simulations showed that GBR-P was efficient in controlling the flow by the massif and that the stresses and deformations imposed on it were below the maximum permissible values, thus not having the possibility of rupture with loss of waterproofing function. The stability, for the proposed geometries, was not conditioned by GBR-P as verified in the stability analyses. The physical models demonstrated that the flow behavior at GBR-P installation was adequate and their results validated the premises of numerical modeling.