Apostila Final - Calculo

BARRAGENS

NOTAS DE AULA

Profa. D. Sc. Maria Isabela Marques da Cunha Bello

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO BARRAGENS CENTRO ACADMICO DO AGRESTE NOTAS DE AULA Profa. Maria Isabela Marques Bello

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AULA 1: INTRODUO

1. CONTEDO PROGRAMTICO DA DISCIPLINA Tipos de barragens Fatores que influenciam na escolha do tipo de barragem Fatores geolgico-geotcnicos Acidentes e incidentes em barragens Princpios para projeto Percolao Sistema de drenagem Instabilidade

No Nordeste do Brasil, as barragens sempre tiveram uma importncia vital no desenvolvimento das cidades, tendo a funo de mitigar as consequncias do perodo de estiagem.

A percolao pelo macio e pela fundao se configura em um dos tpicos mais importantes na engenharia de barragens.

A possibilidade de instabilidade dos taludes de montante e de jusante deve ser verificada durante a construo e aps a entrada em operao do reservatrio.

2. CONCEITO

Barragem uma barreira artificial feita em cursos de gua para reteno de grandes quantidades de gua. Deve ser vista como: 1. Um todo no tempo ou nas atividades que, apesar de subsequentes no tempo, devem ser encaradas como inseparveis ou, no mnimo, interdependentes).

a) Projeto, b) construo, c) primeiro enchimento, que o primeiro teste severo a que se submete uma barragem, d) vistoria peridicas da barragem em operao, para garantir a sua segurana a longo prazo.

2. Uma unidade ou um todo orgnico no espao, compreendendo: a) Bacia da represa, b) Terrenos de fundao, que so como um prolongamento da barragem em subsuperfcie, c) Estruturas anexas ou auxiliares (vertedoros, descarregadores de fundo, tomadas dgua, gelerias,

tneis, casas de fora, etc.), d) Instrumentos para observao de comportamento (piezmetros, medidores de recalque, etc.). e) Instalaes de comunicao e manuteno.

3. USO DA BARRAGEM

a) PRODUO DE ENERGIA: A fora da gua dos rios aproveitada atravs de barragens. b) ABASTECIMENTO: armazenamento de gua para satisfazer as populaes de grandes reas

urbanas e industriais. c) IRRIGAO abastecer as reas rurais com a funo de irrigar os campos agrcolas. d) DEFESA CONTRA CHEIAS: Controlar a gua de grandes chuvas, protegendo territrios a jusante. e) LAZER: fomentar atividades ligadas ao recreio/lazer (prtica de desportos nuticos ou a construo

de unidades hoteleiras). f) REJEITO: Para reteno de rejeitados mineiros.

4. EVOLUO HISTRICA

As barragens de terra so construes de longa data. Um dos registros mais antigos de uma barragem de 12m de altura, construda no Egito, a 4.000 anos A.C., que rompeu por transbordamento (Tab. 1).


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As barragens de terras eram homogneas, com material transportado manualmente e pisoteado por animais. A barragem de Guarapiranga foi construda pelos ingleses, no incio do sculo XX, prximo cidade de So Paulo, com a tcnica de aterro hidrulico a uma certa cota, completada at a crista com solo compactado por carneiros.

Em 1820 na Inglaterra foi introduzido o uso de ncleos argilosos para garantir a estanqueidade. O uso do enrocamento iniciou-se com os mineiros na Califrnia em 1850, devido carncia de material terroso. Os blocos de rochas eram simplesmente empilhados sem nenhuma compactao. Em consequncia, muitas barragens sofreram recalques bruscos quando do primeiro enchimento, pois, diante da saturao, ocorria um amolecimento da rocha nos pontos de contato entre pedra. Hoje os aterros de enrocamento so construdos com rolos compactadores vibratrios, obtendo-se um entrosamento maior entre as pedras.

No Brasil, as primeiras barragens de terra foram construdas no Nordeste, no incio do sculo XX, dentro do plano de obras de combate seca, e foram projetadas em bases empricas A barragem de Curema, erguida na Paraba em 1938, contava com os novos conhecimentos da Mecnica dos Solos. Somente em 1947, com a barragem de Vigrio, atual barragem Terzagui, localizada no estado do Ro de Janeiro, que se inaugurou o uso da moderna tcnica de projeto e construo de barragem de terra no Brasil.

Tabela 1. Alguns dados histricos. ANO REGISTRO LOCAL

4800 a.C. Barragem de Sadd-El-Katara Altura: 12m - Destruda por transbordamento Egito

500 a.C. Barragem de terra Altura: 12 a 27m 13.000000m3 de material

Sri Lanka

100 a.C. Barragens romanas em arco Norte da Itlia Sul da Frana

1200 d.C. Barragem Maddur-Masur Altura: 90m - Destruda por transbordamento ndia

1789 Barragem de Estrecho de Rientes Altura: 46m - Destruda aps o primeiro enchimento Espanha

1820 Telford introduz o uso de ncleos argilosos em barragens de terra e enrocamento Inglaterra

1856 Experincia de Darcy Velocidade de percolao da gua Frana

1859 Patente do primeiro rolo compactador a vapor Inglaterra

1904 Surge o primeiro rolo compactador tipo p de carneiro EUA

1930-1940 A Mecnica dos Solos consolida-se como cincia aplicada EUA

Hoje Rolos compactadores vibratrios Barragem de Nurek: 312m de altura Barragens com membranas Barragem em terra armada

EUA URSS Brasil e outros

5. ELEMENTOS DA BARRAGEM

PARAMENTOS OU BARRAMENTOS: superfcies inclinadas que limitam o corpo da barragem: o paramento de montante, em contato com a gua, e o paramento de jusante.

COROAMENTO: superfcie que delimita superiormente o corpo da barragem. ENCONTROS: superfcies laterais de contato com as margens do rio. FUNDAO: superfcie inferior de contato com o fundo do rio.


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6. RGOS HIDRULICOS

DESCARREGADOR DE CHEIA OU VERTEDOURO: para descarregar a gua em excesso em perodo de cheia, caso atinja a cota mxima do reservatrio.

TOMADAS DE GUA: extrao de gua da represa para utilizao. DESCARREGADOR DE FUNDO: para esvaziamento da represa ou manuteno do caudal

ecolgico a jusante da barragem. ECLUSAS OU COMPORTAS: permite navegao fluvial vencer o desnvel imposto pela

barragem. ESCADA DE PEIXES: permite aos peixes vencer o desnvel imposto pela barragem.

Figura 1. Arranjo geral da barragem


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AULA 2: TIPOS BSICOS DE BARRAGENS

Entende-se barragens de grande porte qualquer barragem com altura superior a 15m, ou com alturas entre 10 e 15m e que satisfaa uma das seguintes condies:

Comprimento de crista igual ou superior a 500m Reservatrio com volume total superior a 1.000.000 m3 Vertedouro com capacidade superior a 2.000 m3/s Condies difceis de fundao Projeto no convencional

Os tipos bsicos de barragens so:

a) Barragem de concreto gravidade (concreto massa); b) Barragem de concreto estrutural com contrafortes; c) Barragem de concreto em arco de dupla curvatura; d) Barragem de terra homognea; e) Barragem de terra-enrocamento; f) Barragem de enrocamento com membrana de concreto; g) Barragem em aterro hidrulico.

1. BARRAGEM DE CONCRETO GRAVIDADE

Funciona em funo do seu peso. Em geral, requer fundao em rocha, por questes de capacidade de suporte do terreno (Fig 1). Alm do empuxo hidrosttico da gua (EH), intervm a resultante das subpresses (U), que atua na base da barragem, tendendo a instabiliza-la, pois reduz o efeito do peso prprio (P), que , em ltima instncia, a fora estabilizadora.

A verificao da estabilidade feita com a aplicao dos princpios da esttica, sob dois aspectos:

- estabilidade quanto ao deslizamento (compara EH com fora cisalhante T). - estabilidade quanto ao tombamento.

exigido que a resultado das foras atuantes caiam no tero mdio da base, para evitar trao no p de montante da barragem.

As subpresses na base ocorrem em consequncia da percolao da gua no macio rochoso de fundao que, via de regra, apresenta-se fraturado e fissurado.

Para propiciar economia de concreto, procura-se minimizar ao mximo essas subpresses.

Figura 2. Barragem de concreto gravidade

2. BARRAGEM DE CONCRETO ESTRUTURAL COM CONTRAFORTES

So constitudas de lajes ou abboras mltiplas inclinadas apoiadas em contrafortes (Fig. 3). Em comparao com as barragens de concreto gravidade, requerem menor volume de concreto, exigem mais forma e armao.

A estabilidade quanto ao deslizamento favorecida pela inclinao de EH, isto , existe um efeito benfico do peso da gua, que se adiciona ao peso prprio da barragem, garantindo a estabilidade.


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Este tipo de obra requer cuidados com as fundaes, pois sua base, em contato com macio rochoso, relativamente pequena, havendo em contrapartida, vantagens quanto s subpresses.

Figura 3. Barragem de concreto estrutural com contrafortes.

3. BARRAGEM DE CONCRETO EM ARCO DE DUPLA CURVATURA

A sua forma, com dupla curvatura (casca) faz o concreto trabalhar em compresso (Fig. 4). S possvel constru-la engastada em vales fechados, em que a relao entre a largura da crista e a altura da barragem inferior a 2,5.

O problema hiperesttico e sua soluo requer consideraes quanto compatibilidade de deformaes entre estrutura de concreto e macio rochoso, donde a necessidade de se conhecer mdulo de elasticidade da rocha.

Como a espessura da casca no contato com o macio rochoso de 10 a 15% da altura da barragem, as fundaes devem ser melhores. Do que dos tipos anteriores.

Figura 4. Barragem de concreto em arco de dupla curvatura.

4. BARRAGEM DE TERRA HOMOGNEA

o tipo mais utilizado no Brasil pelas condies topogrficas, com vales muito abertos, e da disponibilidade de material terroso. Tolera fundaes deformveis, podendo-se construir barragens de terra apoiadas sobre solos moles, como no caso da barragem do Rio Verde, em Curitiba, com 15 m de altura mxima.

A inclinao dos taludes de montante e de jusante fixada de modo a garantir a estabilidade durante a vida til da barragem, mais especificamente, em final de construo, em operao e em situaes de rebaixamento rpido do reservatrio (Fig 5).

Um dos problemas que mais preocupa o projetista o piping ou eroso regressiva tubular no prprio corpo da barragem ou nas suas fundaes. Este fenmeno consiste no carreamento de partculas do solo pela gua em fluxo, numa progresso de jusante a montante. Co o passar do tempo, forma-se um tubo de eroso, que pode evoluir para cavidades relativamente grandes no corpo das barragens, levando-as ao colapso.Para evitar sua ocorrncia, necessrio um controle da percolao pelo corpo e pelas fundaes. No aterro, intercepta-se o fluxo de gua por meio de filtros verticais ou inclinados.

Uma variante desse tipo a barragem de terra zoneada, construda com um nico solo de emprstimo, mas compactado em condies diferentes de umidade, o que confere ao solo caractersticas geotcnicas diferentes. Trata-se de uma otimizao da seo de uma barragem de terra, para tirar partido das caractersticas do solo seco, usado nos espaldares, onde se deseja maior resistncia (estabilidade), e do solo mido, no ncleo, onde se ques baixa permeabilidade (estanqueidade).


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Figura 5. Barragem de terra homognea.

5. BARRAGEM DE TERRA-ENRROCAMENTO

O material de enrocamento (pedras) apresenta elevado ngulo de atrito, garantindo a estabilidades de taludes de montante e jusante. O ncleo argiloso imprime a estanqueidade barragem, permitindo o represamento da gua. O ncleo dessas barragens pode ser central ou inclinado para montante (Fig. 6).

NUCLEO CENTRAL Quando a argila e enrocamento apresentam compressibilidades comparveis entre si, o ncleo central tem a vantagem de exercer uma presso maior nas fundaes, alm de ser mais largo na base, o que benefcio em termos de controle de perda dgua. No entanto, se a argila for mais compressibilidade do que enrocamento, pode ocorrer o fenmeno de arqueamento. Nessas condies, a argila tende a recalcar mais sendo impedida pelo espalpares mais rgidos. O peso da argila passa a ser suportado pelo enrocamento, por atrito, podendo surgir trincas no ncleo, na direo do fluxo de gua.

NUCLEO INCLINADO A vantagem de se inclinar o ncleo que no h como transferir o seu peso para espaldares. Outra vantagem que se pode levantar grande parte do enrocamento de jusante enquanto se procede o tratamento das fundaes.

Figura 6. Barragem de terra-enrocamento (a) com ncleo central, (b) com ncleo inclinado.

6. BARRAGEM DE ENROCAMENTO COM MEMBRANA DE CONCRETO

Apresentam placas de concreto sobre talude de montante, como septo impermevel (Fig. 7). As placas so ligadas por juntas especiais pois apoiam em meio deformvel, o enrocamento, que pode sofrer recalques signigicativos por ocasio do primeiro enchimento.

A grande vantagem est no cronograma construtivo, pois tanto o aterro quanto a membrana de concreto podem serem construdos independente do clima e, portanto, durante as estaes chuvosas.


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Figura 7. Barragem de enrocamento com membrana de concreto.

7. BARRAGEM EM ATERRO HIDRULICO

Neste tipo de barragem, o solo transportado com gua por meio de tubulaes at o local de construo. Ao ser despejado, o material segrega-se, separando areias (espaldares), dos finos (ncleo) (Fig. 8). A vantagem o baixo custo, embora grande volume de solo que despende. Devido ao processo construtivo, as areais dos espaldares apresentam-se fofa e saturada sujeitas ao fenmeno da liquefao.

Figura 8. Barragem em aterro hidraulico.

8. CONSIDERAES SOBRE BARRAGENS

No Brasil, os vales so bastantes abertos, exigindo barragens de grande extenso. Por economia, recorre-se barragens de terra ou terra-enrocamento, as estruturas anexas so

construdas em concreto. Locais com afloramentos de rochas podem servir como pedreiras: barragens de enrocamento com

ncleo argiloso ou membranas de concreto. Pelo porte da obra e para minimizar custos, pode-se optar por barragens autovertedouras (de

enrocamento com dispositivos na jusante para evitar o arraste das pedras). Barragens em aterro hidrulico so de menor custo, apesar do maior volume, quase o dobro da

barragem de terra homognea. Barragens de concreto so mais caras.

A Tabela 1 apresenta os custos relativos de barragens de vrios tipos, apenas do ponto de vista de materiais e seus volumes. Atente-se que a estrutura de preos sempre dinmica, varivel no tempo, e no espao, dependendo de fatores como custos de combustveis, de energia, dos insumos bsicos, etc.

Tabela 1. Custo relativo de alguns tipos de barragens, levando em conta s os materiais e seus volumes.

Tipo de Barragem Base Volume (m3/m) Custo relativo Terra homognea 5,5 H 2,75 H2 1

Enrocamento 3,7 H 1,8 H2 1,5

Aterro hidrulico 10 H 5 H2 0,7

Concreto massa 0,8 H 0,4 H2 5


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AULA 3. PRINCPIOS PARA PROJETO

1. FATORES QUE INFLUENCIAM NO TIPO DE BARRAGEM a) caractersticas topogrficas, b) caractersticas hidrolgica-hidrulicas c) caractersticas geolgico-geotcnicas do local, d) materiais disponveis, e) regime pluviomtrico da regio, f) caractersticas geomecnicas da fundao, g) magnitude das cheias da bacia hidrogrfica, h) prazo, i) custo, j) Preferncia pessoal ou na experincia profissional do projetista.

Vale destacar a importncia dos aspectos geolgico-geotcnicos no projeto, construo e na segurana das barragens. Os locais favorveis para implantao de barragens envolvem descontinuidades geolgicas associadas a feies topogrficas especiais (corredeiras, cotovelos nos cursos dos rios, encostas, etc.)

Um levantamento realizado em 1961, na Espanha (de 1.620 barragens, cerca de 308 (19%) sofreram incidentes. 40% relacionado com problemas de fundaes; 23% devido vertedouros inadequados; 12% em virtude de defeitos construtivos.

2. PRINCPIOS PARA PROJETO

O projeto de uma barragem de terra deve pautar-se por dois princpios bsicos: economia e segurana.

2.1. ECONOMIA Inclui os custos de manuteno da obra durante a sua vida til.

2.2. SEGURANA o princpio preponderante e deve ser garantida quanto:

a) ao transbordamento, que pode abrir brechas no corpo de barragens de terra e enrocamento: adotar vertedouros.

b) ao piping e ao fenmeno de areia movedia. c) ruptura dos taludes artificiais (de montante e jusante) e taludes naturais (ombreiras adjacentes ao

reservatrio). d) ao efeito de ondas formadas pela ao dos ventos, atuantes na superfcie do reservatrio, que vo se

quebrar no talude de montante, provocando sulcos de eroso. Esse efeito combatido construindo um rip-rap (camadas de enrocamento e transio)

e) efeito erosivo das guas de chuva sobre talude jusante. Para combater esse efeito pode-se recorrer ao lanamento de pedriscos ou ao plantio de gramas em placas.

A percolao pelo macio e pela fundao um dos tpicos mais importantes na engenharia de barragens.

A formao de brechas no corpo de barragens em consequncia de rupturas por transbordamento depende de: - Tipo de solo e condies de compactao. - Presena de enrocamento no macio jusante. - Tipo e forma de colocao dos materiais de proteo do talude de jusante. - Inclinao do talude jusante que influencia a velocidade do fluxo dgua. - Lmina dgua sobre a crista da barragem.

O piping ocorre por eroso regressiva, onde h formao de um tubo, originado do carreamento de partculas de silte e argila, de montante para jusante no macio de terra compactada (Fig 1).


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Tubo tende a aumentar o dimetro medida que a gua percola pelo solo compactado. Fatores determinantes do piping:

- ausncia de filtros horizontais. - grau de compactao do macio terroso. - graduao no tamanho das partculas nas reas de transio. - presena de fundaes arenosas.

Areia movedia: areia submetida a condio de fluxo que resulta em tenso efetiva nula, a resistncia do solo torna-se zero, h afofamento do material, rompe-se o equilbrio dos gros e o solo fica na situao de instabilidade.

A gua do reservatrio se infiltrar pelas fundaes, percorrendo na horizontal pela areia grossa, e emerge a jusante atravs da areia fina. Neste movimento ascendente, o gradiente pode atingir o valor crtico. A areia perder resistncia e a barragem tombar.

Figura 1. Formao do piping.

Figura 2. Fenmeno da areia movedia.

Quanto estabilidade dos taludes artificiais, existem trs situaes no tempo til da barragem que requerem anlises de estabilidade dos seus taludes a montante e a jusante: - Final de construo, em que se interessa analisar o talude jusante, o mais ngreme. - Barragem em operao, com nvel dgua em posio mxima, h vrios anos (talude jusante, pois

o talude a montante est submerso). - Abaixamento rpido do nvel dgua, que pode levar alguns meses para ocorrer, mas que nem por

isso deixa de ser rpido, diante da baixa permeabilidade do solo compactado (talude crtico: montante).

Estabilidade dos taludes naturais das ombreiras Considerados: chuvas, efeitos provocados pela submerso e por eventual rebaixamento rpido do nvel do reservatrio.

Proteo dos taludes montante e jusante - As ondas provocadas pela ao dos ventos sobre a superfcie do reservatrio: Construir um rip rap

(camadas de enrocamento e transio), estendendo-se na face do talude de montante. - Chuvas na face de talude de jusante: Lanamento de camadas de pedriscos ou plantio de gramas em

placas


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Aula 4: ESTUDOS NECESSRIOS

No projeto de barragens, alguns estudos so fundamentais: Topogrficos, Hidrolgicos, Climticos, Geolgicos, Geotcnicos, Scio Econmicos, Ecolgicos, Agrolgicos, etc. Esses estudos so iniciados de forma sumria e vo se aprofundando ao longo das diversas etapas que compes o projeto.

1. ESTUDOS TOPOGRFICOS O objetivo locar do eixo barrvel, boqueiro e interpretao de curvas de nvel e determinar as reas das bacias hidrogrfica e hidrulica (pr-dimensionamento de barragens). Trata-se da primeira avaliao das caractersticas da bacia hidrogrfica, locaes, exploraes, emprstimos, pedreiras, redes virias e eltricas)

2. ESTUDOS CLIMTICOS

As condies climticas influem decisivamente na escolha do tipo de barragem a ser construda. Os fatores mais importantes so: a) Vento - durao, intensidade e direo b) Umidade do ar - variaes c) Temperatura - mximas, mdias e mnimas d) Presso - variaes

Influncia da umidade do ar e ventos: Possibilita reduo, por evaporao, de umidades excessivas de materiais argilosos de jazidas e consequentemente sobre presses neutras construtivas e declividades dos taludes. Influncia dos ventos no dimensionamento: Provocam ondas na superfcie do reservatrio que definiro dimenses da borda livre e a cota da crista da barragem. Influncia das chuvas: Nos dias trabalhveis para as mquinas de terraplenagem e conseqentemente sobre os prazos construtivos. Modificaes climticas afetam as estruturas das barragens de concreto, sendo necessrios dispositivos tcnicos adequados para contornar problemas (dilatao e contrao).

3. ESTUDOS GEOLGICOS

Os objetivos so:

a) Identificar conjuntos contnuos e homogneos, determinar as suas fronteiras e as propriedades dos materiais pertencentes aos mesmos. b) Identificar e caracterizar o melhor possvel as descontinuidades eventuais.

As reas influenciadas pelo o estudo so: a) Fundaes e ombreiras: prosseguir at profundidades em que solicitaes hidrulicas e geomecnicas

transmitidas pelo reservatrio no tenham mais efeito. b) Jazidas de materiais de construo: fornecer informaes necessrias sobre potencialidades de reas

adjacentes e prximas do local da barragem.


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c) Identificar materiais disponveis desde solos finos argilosos at areias e cascalhos naturais e materiais rochosos

FASES DOS ESTUDOS GEOLGICOS: a) Coleta de dados, reconhecimento de mapas geolgicos e relatrios tcnicos sobre a regio, fotografias areas, pesquisas geofsicas, etc. b) Elaborao de cartas geolgicas com relatrios tcnicos descrevendo tipos de rocha e solos, falhas constatadas, nveis da gua, etc. c) Sondagens ao longo do eixo da barragem, sangradouro e locais de emprstimos e pedreiras.

4. ESTUDOS GEOTCNICO

Tem como objetivo caracterizar solos e rochas quanto as propriedades geomecnicas e hidrulicas atravs de ensaios de campo e laboratrio realizados em amostras dos solos e rochas.

5. ESTUDOS SCIO-ECONMICOS

Consiste na elaborao de um quadro de fatores scio - econmicos que sero influenciados pela construo da barragem. A anlise dos fatores vantajosos e prejudiciais definiro quanto a viabilidade da obra.

6. ESTUDOS SCIO-CULTURAIS

Identificar os tipos de culturas que podem ser desenvolvidas na regio e demanda dgua para o cultivo.

7. ESTUDOS SCIO-ECOLGICOS

Limitar ou eliminar riscos de danos temporrios ou permanentes ao meio ambiente. PRINCIPAIS CUIDADOS: a) Jazidas devem ser exploradas sem causar eroso e transporte de sedimentos para rios. b) Modificaes da paisagem (impactos ambientais) pela obra devem ser suavizadas atravs de medidas mitigadoras que devem ser compatibilizados com segurana e desempenho da barragem. c) Lamas deveram ser conduzidas de forma a evitar despejo de resduos dentro do rio usando-se tanques de decantao.


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8. ESTUDOS GEOLGICOS GEOTCNICOS

Estudos abrangem investigaes das fundaes, ombreiras e jazidas de materiais de construo. Devem ser conduzidos por engenheiros civis ou gelogos. O objetivo tirar concluses sobre:

1 - Tipos de solos e rocha que ocorrem no boqueiro: a) propriedades fsicas (permeabilidade, densidade, porosidade, etc); b) geolgicas (estrutura, estado de alterao, fraturas, falhas, etc); c) mecnicas (capacidade de carga, resistncia ao cisalhamento, etc); d) geotcnicas (grau de resistncia compresso simples, grau de consistncia; grau de fraturamento,

grau de alterao, etc);

2 - Disponibilidade e caractersticas dos materiais de construo: densidade, porosidade, coeso, umidade natural, etc;

3 - Tratamentos a serem empregados nos estratos geolgicos: regularizao, impermeabilizao e homogeneizao da fundao. Objetivo: evitar que a fundao no sofra alteraes quando sujeita a cargas hidrulicas (gua) e ao peso da barragem.

PLANO DE SONDAGEM DO BOQUEIRO E JAZIDAS Do ponto de vista geolgico deve-se detalhar:

- Tipos de solo e rocha existentes; - Distribuio espacial das camadas (estratigrafia do boqueiro); - Espessura dos estratos geolgicos; - Existncia de zonas cisalhadas e/ou intercalaes de camadas finas de argila ou silte; - Existncia de falhas e fraturas; - Posio do nvel fretico e ocorrncia de eventuais surgncias (fontes de gua).

Representao geolgica: perfis e mapas geolgicos; - a) perfil individual de sondagem: fornece cotas de cada estrato, tipo de solo ou rocha, legenda

geolgica, resistncia penetrao, cota dos N.A. - b) perfil geolgico de uma linha de sondagens pela associao de perfis individuais: representao

horizontal e vertical da distribuio dos estratos. - c) Mapa geolgico do boqueiro (reproduo em planta da distribuio superficial dos diversos tipos

de solos e rochas).

Fatores que podem gerar inseguranas obra de barragem: - alteraes produzidas por efeitos mecnicos e qumicos; - alteraes por metamorfismos devidos a fenmenos intrusivos; - estratificaes que dividem rochas sedimentares em camadas distintas com zonas de contato fracas

favorecem a percolao excessiva; - sistema de falhas e de zonas afetadas por fraturas devidos a fenmenos de dobras ou intruso

infiltraes indevidas; - fraturas, fissuras e juntas provenientes de esfriamento de rochas gneas ou por movimentos tectnicos

instabilidade e infiltraes; - cavernas, canais de dissoluo e condutos formados por ao dissolvente da gua subterrnea sobre rochas

solveis; - meios muito permeveis com vazios ou condutos interligados zonas instveis, de baixa resistncia ao

cisalhamento e de alta permeabilidade; - xistosidade ou textura de algumas rochas metamrficas folheadas de baixa resistncia ao atrito interno no

sentido da xistosidade.

COMENTRIOS SOBRE ESTRADOS GEOLGICOS Materiais da fundao devem ser impermeveis e resistentes tanto desintegrao por saturao ou dissoluo quanto ao efeito erosivo do fluxo de percolao. 1. Materiais brandos (piarros, argilas, areias conglomeradas, etc) de baixo grau de umidade:


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- saturao devido ao barramento de gua - problemas de acomodao, amolecimento e desintegrao: carreamento de finos pelo fluxo de percolao. - clcrios: formaes geolgicas que apresentam maiores problemas para fundaes de barragens. Apresentam canais de dissoluo canais de permeabilidade

2. Rochas vulcnicas (principalmente basaltos) segundo tipo de formao geolgica que apresenta grandes problemas para fundaes de barragens.

3. Heterogneos e alto grau de fraturamento; Em casos as fraturas encontram-se abertas ou parcialmente preenchidas por materiais brandos no confinados recalques diferenciais e perigosas infiltraes.

4. reas de quartzitos: frequncia de zonas de intercalao de xistos. Rochas de xistos apresentam baixa resistncia e so facilmente decompostas favorecem infiltraes elevadas. Rochas granticas e gnassicas: possibilidade de decomposio qumica e rupturas por ao trmica.

MTODOS DE INVESTIGAO PARA BARRAGENS - PRINCIPAIS MTODOS GEOLGICOS: a) Abertura de poos e trincheiras: - visualizao de estratos; - obteno de amostras indeformadas; -observao in-loco da textura, distribuio da camada geolgica no sentido montante-jusante, principalmente nas ombreiras; b) Sondagens percusso: - utilizados em estratos brandos; - permitem identificar tipos de solos constituintes; - identifica limites de cada horizonte geolgico e posio do N.A. - fornece informaes aproximadas sobre NSPT; - permite avaliar a consistncia ou a compacidade do meio. c) Sondagens rotativas: - utilizados em estratos rochosos; - permitem identificar tipos de rochas; - identifica limites de cada horizonte geolgico; - identifica elementos estruturais presentes (falhas, fraturas, dobras, xistosidades, etc); - determinao do estado da rocha pelo grau de fraturamento e grau de alterao ou decomposio; - d continuidade sondagem percusso. d) Ensaios de permeabilidade:


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- utilizados em estratos brandos; - utiliza furos obtidos com SPT; - determina permeabilidade vertical (kv) e horizontal (kh) in situ, em cm/s; - observa-se o abaixamento do nvel de gua em um tubo adaptado ao furo de sondagem; e) Ensaio de perda de gua (ensaio de Lungeon): - usados em estratos rochosos ou eventualmente terrosos; - utiliza furos obtidos com sondagem rotativa; - determina coeficiente de perda de gua C; f) Ensaio de palheta (Vane Test): - fornece a resistncia, sem drenagem, ao cisalhamento dos solos puramente coesivos; g) Ensaio de penetrao esttica (Cone e Piezocone): - mede o atrito lateral (fs) e a resistncia de ponta (qc); - aplicvel a materiais brandos: solos homogneos, areias compactas, argilas mdias, etc; - Em solo pedregulhoso apresenta resultados com grande probabilidade de erro devido a possibilidade de contato da ponta do cone com pedregulhos maiores (mataces).


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AULA 6. TIPOS DE FUNDAES GEOLGICAS E TRATAMENTOS

As barragens so construes artificiais, portanto os materiais que as constroem podem ser especificados, ou seja, conhecidos e controlados pelo projetista. O mesmo no acontece com o terreno de fundao, o qual tem-se pouco controle. Como regra geral, necessrio conviver com os problemas, sendo permitido, no mximo, submeter as fundaes a um tratamento para melhorar as caractersticas de percolao. Caractersticas como capacidade de suporte e compressibilidade dificilmente podem ser melhoradas. Assim:

a) No caso de uma barragem de concreto: Se a fundao for um macio rochoso de baixa capacidade de suporte, ou se aprofunda a cota de apoio atravs de escavao at encontrar rochas mais resistentes, ou ento, muda-se o local da barragem.

b) No caso de uma barragem de terra: Em locais com solos porosos laterticos (grandes reas do territrio nacional) ou argilas moles (frequentemente em vazias de rios), em ambos os casos defronta-se com elevada compressibilidade. Pode-se ento escavar o solo compressvel, total ou parcial, e construir barragem em cota mais profunda, ou conviver com problemas de recalques.

Em uma barragem de terra apoiada sobre uma camada de solo permevel, para reduzir a infiltrao pela fundao pode-se reduzir a permeabilidade da fundao ou aumentar o caminho de percolao. No caso de uma barragem de concreto, o macio de fundao rochoso e com fraturas e descontinuidades por onde a gua percola, podendo gerar subpresses ou perdas dgua excessivas.

REMOO: materiais superficiais pouco resistentes; camadas que proporcionem recalques acentuados; e camadas com resduos orgnicos. TRATAMENTO: camadas de resistncia adequada que contenham: Fraturas, falhas ou outras superfcies de fraqueza; e camadas excessivamente permeveis. Os objetivos so: homogenizao, regularizao e impermeabilizao.

Escavaes e limpeza de uma fundao

1. TIPOS DE FUNDAES GEOLGICAS

FUNDAES EM ROCHA: - Elevada capacidade de carga e estanqueidade; - Podem ser de rocha s ou fraturada - Comporta qualquer tipo de barragem, especialmente de gravidade e contrafortes.

FUNDAES EM AREIA E PEDREGULHO: - Podem apresentar boa capacidade de carga; - Extremamente permeveis; - Possibilidade de fluxo subterrneo exagerado; - Gerao de subpresses inadimissveis; - Se prestam a barragens de terra e enrocamento, e se forem tratadas, se prestam a barragens de gravidade.


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Modelos de barragem sobre fundao de areia e pedregulho

C) FUNDAES EM ARGILA E SILTE: - Suficientemente impermeveis; - Sujeitos a recalques acentuados sob carregamento; - Extremamente instveis quando saturados por ao do reservatrio; - Boa capacidade de carga, se consolidados ou de consistncia dura, mas requerem estudos adicionais; - Recomenda-se tratamentos especiais para barragens assentes neste tipo de estrato; - Barragens de terra acompanham os assentamentos que possam ocorrer e transmitem menor carga que as de concreto e enrocamento.

Modelos de barragem sobre fundao de silte e argila

2. TRATAMENTOS NAS FUNDAES E OMBREIRAS

RAZES: - heterogeneidade dos materiais das fundaes; - possveis acidentes geolgicos; - fluxo subterrneo ou percolado;

A) Vazo de percolao por perdas dgua atravs das fundaes; B) Gradiente hidrulico de sada eroso interna (pipping); C) Subpresses hidrostticas empuxos ascencionais instabilizantes; D) Aes fsico-qumicas alteraes lentas da estrutura. Ex: rochas calcreas


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TIPOS DE TRATAMENTO DAS FUNDAES:

CONTROLAR O FLUXO SUBTERRNEO 1) Sistemas que aumentem o caminho de percolao (dissipao / minimizao de energia) - tapetes impermeveis, maior extenso da base; 2) Reduo da permeabilidade do estrato: - substituio de parte do material permevel por impermevel; - Cortinas de injeo (pasta de cimento); 2) Reduo das presses internas: - Drenos verticais; - Tapetes drenantes; - Poos de alvio, etc.

TRATAMENTOS EM TERMOS DA LARGURA DA BASE DA BARRAGEM (B) X ESPESSURA DE ESTRATO PERMEVEL (He). a) Camada permevel delgada: emprego de septos de vedao ou valas corta-guas (CUTOFF); b) Camada permevel relativamente espessa: tapete impermevel; sssociao de septo de vedao ou cutoff

com cortina de injeo.

Sistema de tratamento das fundaes

TIPOS DE TRATAMENTO DAS FUNDAES ROCHOSAS: - Regularizao da superfcie a receber a barragem; - Impermeabilizao de descontinuidades geolgicas.

TRATAMENTO POR INJEO Injees de produtos em suspenso ou dissoluo, capazes de se solidificar nas fissuras, fendas e/ou vazios do meio permevel.

- Formao de cortina perda hidrosttica reduo da percolao; - Aumento da compacidade do meio, da capacidade de carga e das propriedades elsticas; - Aumento da aderncia da interface de concreto com o meio terroso nas fundaes.

Indicado a fundaes rochosas muito permeveis e a estratos aluvionares muito espessos (remoo invivel).


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MATERIAIS EMPREGADOS NAS INJEES As injees constituem-se de uma ou mais linhas de furos dispostos ao longo do p de montante da barragem, igualmente espaados e injetados com calda de cimento. - Meios com grandes vazios: relao gua-cimento 1:1 em volume; - Rochas com fraturas microscpicas e pouco interligadas: relao at 20:1.

OUTROS MATERIAIS: A) Argilas ou misturas de argila com cimento: reduzir vazios maiores de rochas porosas ou de aluvies

pedregulhosos; B) Misturas de bentonita: razo de 2 a 10% em calda de cimento; Injeta-se calda de cimento, em seguida resina orgnica (Preenche microfissuras do meio tratado, reduzindo sua permeabilidade), que s ser aplicada no final do processo de injeo, visando minimizar consumo do produto de maior custo.

PRESSO DE INJEO Deve ser compatvel com: as caractersticas do meio permevel, a relao gua-cimento e os objetivos desejados. LIMITAES: possibilidade de levantamento das camadas superficiais devido a presses excessivas, movimentao das rochas subsuperficiais e/ou perda da coeso do material cimentante.

ESPAAMENTO E PROFUNDIDADE DOS FUROS DE INJEO Tcnica experimental em funo do comportamento do processo. PASSOS: 1 executa-se furos primrios espaados de 6m (meios menos permeveis) e at 12 m (meios mais permeveis). Executados at a profundidade total da cortina; 2 injeo; 3 execuo dos furos secundrios aps injeo dos furos primrios. Menos profundos que os primrios, dependendo da absoro da calda nos furos primrios. 4 execuo de furos tercirios e at quaternrios, se necessrios

ESPAAMENTO E PROFUNDIDADE DOS FUROS DE INJEO Recomendaes com relao profundidade dos furos primrios: 1. at atingir camada impermevel, se no for muito profunda; 2. pelos menos de um valor igual ao da carga hidrulica medida no reservatrio.

Posicionamento de cortinas de injeo


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Perda de carga devido a cortinas de injeo

EXEMPLO - ITAIP O tratamento das fundaes consistiu em uma cortina de injeo profunda (de consolidao e colagem), executada ao longo do p de montante da barragem, utilizando 3 linhas de furos verticais. Foi obrigatria execuo dos furos primrios e secundrios das linhas externas, e eventualmente, furos de ordem terciria da linha central. Os furos primrios e secundrios esto espaados de 3,0 m entre si, tanto na linha de jusante como de montante. Nos locais com absoro de cimento superior a 12,5 kgf/m, executaram-se furos de ordem superior na linha central, utilizando o critrio de "split spacing", que reduz o espaamento entre os furos tercirios e quaternrios pela metade, resultando em 1,5 m a distncia entre furos na linha central. A profundidade das cortinas de injeo e drenagem foi governada, essencialmente, pelas caractersticas do macio basltico de fundao, sempre atingindo os nveis mais permeveis das descontinuidades e contatos entre derrames.

Esquemas de injeo aplicados em Itaipu, onde o detalhe X permite observar existncia de trs linhas de injeo profunda executadas para o tratamento da rocha.

ombreira direita

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Apostila Final - Calculo