Barragens: Tipos e Geologia

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BarragensBarragens
Geologia de Engenharia III
Curso de Engenharia Civil
Departamento de Engenharia de Minas
Escola de Engenharia - UFRGS
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¾ Cruz (1996), 100 Barragens Brasileiras, ABGE
¾ (1998), Geologia de Engenharia, ABGE
¾ A maioria dos acidentes com barragens são devido a fatores 
geológicos
¾ Apesar da investigação intensa na fase de projeto, sempre irão 
aparecer surpresas ao longo da construção
¾ Dois tópicos:
¾ Tipos de barragens
¾ Condicionantes geológicas
¾ http://www.hooverdam.com
¾ http://www.usbr.gov/cdams
¾ http://www.itaipu.gov.br
¾ http://www.edf.org/programs/International/Dams/WorldMap.html
Introdução
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Tipos de barragens
¾ Dois tipos principais:
¾ Barragens de concreto
¾ Barragens de aterro
¾Barragens de terra
¾Barragens de enrocamento
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Barragem de concreto gravidade
¾ Estabilidade devido ao peso e largura da base
¾ Adequados a resistência da fundação
¾ Os principais esforços atuantes são:
¾ Pc – peso do concreto
¾ Hm – pressão da água no paramento de montante
¾ Hj - pressão da água no paramento de jusante
¾ Paj – peso da água sobre paramento de jusante
¾ U – sub-pressão
¾ Essas forças podem causar as rupturas de tombamento 
ou de deslizamento
¾ Tombamento a barragem tende a girar em ponto
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Barragem de concreto gravidade…
¾ O deslizamento é mais comum
¾ Desenvolvem-se esforços de tração, aumento da sub-pressão 
e aumentos de compressão em jusante
¾ Deslocamento para jusante em uma superfície de baixa 
resistência
( )( )
H
tanUVCLFSd φ−+≥
C – coesão
L – largura da base da barragem
V – somatório das forças verticais
U – sub-pressão
φ – ângulo de atrito
H – somatório das forças horiz.
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Barragem de concreto gravidade…
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Barragem de concreto gravidade…
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¾ Fraturas com mergulho maior que 30°
¾ Descontinuidades sub-verticais são importantes, quando localizadas, 
porque criam zonas de permeabilidade e recalque diferencial
¾ Sub-pressão pode ser reduzida por meio de furos de drenagem, a 
partir de uma galeria no interior da barragem e injeção de calda de 
cimento da reduzir a vazão por baixo da barragem
¾ Normalmente a sub-pressão deve ser reduzida 1/3 da sub-pressão 
máxima
¾ Esforços de compressão no pé de jusante (2.5H/100)
Barragem de concreto gravidade…
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Barragem de concreto gravidade…
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Barragens em arco
¾ A forma em curva faz com que as pressões sejam transferidas para
as ombreiras
¾ O vale deve ser estreito e regular com relação (comprimento da 
crista/altura máx) da ordem de 5 (cinco)
¾ Exigem grandes escavações para atingir a rocha sã e para garantir 
geometria adequada
¾ Os esforços sobre a fundação são maiores (7MPa)
¾ A estabilidade depende da geologia, principalmente descontinuidades
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Barragens em arco…
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Barragens em arco…
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Barragens em arco…
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Barragens em arco…
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Barragens de contrafortes
¾ Exemplo maior á a barragem principal de Itaipú
¾ Sub-pressão fica reduzida devido a pequena área da base
¾ Aumento da compressão sobre a fundação
¾ Exige maior tratamento das fundações como tirantes e injeção de 
calda de cimento
¾ Maior economia de concreto, mas necessita controle geológico maior
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Barragens de contrafortes…
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Barragens de contrafortes…
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Barragens de contrafortes…
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Barragens de contrafortes…
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Barragens de terra
¾ São construídas com solos de granulometria fina e grossa e 
permeabilidade baixa
¾ São construídas por meio da compactação do solo, podem ser:
¾ Homogêneas
¾ Zonadas
¾ As barragens homogêneas são feitas de solos argilosos e pouco 
permeável
¾ As barragens zonadas têm um núcleo impermeável e duas zonas 
externas mais permeáveis, formada por material mais grosseiro, que 
evita deslizamentos
¾ Devido a área da base grande, transmite esforços pequenos para a
fundação
¾ Podem ser construídas em solos
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Barragens de terra…
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Barragens de terra…
¾ Requerem taludes bastante inclinados para evitar escorregamentos e 
erosão
¾ Taludes inclinados, 2.5 a 2.0H:1V
¾ Os defeitos mais comuns são: deslizamentos, fissuras, galgamento
(overtopping) e erosão interna (piping)
¾ O deslizamento pode se manifestar de várias formas:
¾ Durante a construção
¾ Do talude de jusante causado por infiltração
¾ Defeitos na fundação e abalos sísmicos
¾ Quando as tensões de cisalhamento ultrapassam a resistência do 
material ou quando ocorrem planos de fraqueza na fundação
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Barragens de terra…
¾ A erosão interna é um dos defeitos mais comuns
¾ Arraste das partículas com pouca coesão
¾ O arraste é máximo em areias finas com pouca compactação
¾ Gradiente máximo de saída é igual a um valor crítico
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Barragens de terra…
¾ As infiltrações podem ser controladas por meio de:
¾ Drenos chaminé
¾ Tapetes drenantes
¾ Injeção de impermeabilização
¾ Trincheira de vedação
¾ Diafragma
¾ Cortina de estacas prancha
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Barragens de enrrocamento
¾ É um aterro construído com fragmentos de rocha e cascalho, 
compactado em camadas com rolos vibratórios
¾ Algumas possuem núcleo de argila impermeável
¾ Deslizamentos menos comuns devido ao ângulo de atrito
¾ Construídos sobre fundações de rocha sã, mas podem ser feitos 
sobre rocha alterada, aluviões compactados e outros materiais 
resistentes
¾ Exemplos: Furnas, Itaúba, Machadinho, Itá
¾ Podem ser:
¾ Barragens de enrrocamento com núcleo de argila (ECRD – Earth Core 
Rock Dams)
¾ Barragens de enrrocamento com face concreto (CFRD – Concrete Face 
Rock Dams)
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Barragens de enrrocamento…
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Barragens de enrrocamento…
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Machadinho…
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Montes Claros – Rio das Antas
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Fatores geológicos
¾ Cobertura de solo e rocha alterada constitui um fator 
importante para a definição do tipo de barragem
¾ Transição solo-rocha
¾ Características geotécnicas dos solos e rochas
¾ Permeabilidade
¾ Estruturas
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Condicionantes geológicas…
¾ Cobertura de solo e rocha decomposta
¾ Fator importante para a definição do tipo de barragem que deve 
construída
¾ Outros fatores: transição solo-rocha, origem do solo, características 
geotécnicas, permeabilidade, etc.
¾ Paleocanais aluvionares
¾ Barragens de concreto devem ser apoiadas em fundações de rocha
¾ A cobertura de solo e rocha alterada deve ser removida
¾ Nas ombreiras de uma barragem de concreto ou enrocamento o solo 
e rocha decomposta também deve ser removida
¾ Execução de ensaios in-situ e de laboratório para determinação da 
resistência mecânica para fundações e permeabilidade
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¾ Maciço rochoso
¾ Barragens construídas sobre fundações em rochas são mais 
estáveis e com vantagens construtivas grandes
¾ Estruturas mais esbeltas
¾ Principal problema de barragens sobre rocha é a geologia 
estrutural (falhas e fraturas) e cavidades em rochas calcáreas
¾ Campo de tensões é extremamente importante
¾ Parâmetros geomecânicos como resistência à compressão do 
maciço, deformação do maciço rochoso, resistência ao 
cisalhamento, permeabilidade, etc.
Condicionantes geológicas…
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Condicionantes geológicas…
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¾ As características de um maciço rochoso dependem muito das suas 
características estruturais (juntas, fraturas e falhas)
¾ Estratificação, xistosidade, diaclasamento, falhas, fraturas, juntas e 
contatos
¾ Essas estruturas podem ser tratadas com contenções como concreto
projetado, tirantes ou chumbadores
¾ Quando existe a percolação de água, faz-se necessário a injeção de calda 
de cimento ou resina
¾ Falhas e fraturas são tratadas individualmente pelo seu porte e extensão
¾ Podem formar blocos individualizados de rochas que sofrem deslocamentos 
quando aplicada uma carga
Condicionantes geológicas…
54¾ Fraturas e juntas de descompressão ou alívio são zonas formadas 
durante a erosão de um vale, como decorrência da redução de 
esforços verticais e da modificação do campo de tensões
¾ São fraturas abertas e com graus de intemperismo alto
¾ Fraturas sub-horizontais, principalmente em basaltos, devem ser 
estudas em sua extensão e abertura
¾ Maciços metamórficos e sedimentares com estratificação e camadas
intercaladas mais e menos resistentes e dobradas, podem causar 
cisalhamento. Depende muito da orientação das camadas.
¾ Contatos em rochas com comportamentos geomecânicos diferentes 
constituem planos de fraqueza e percolação de água
Condicionantes geológicas…
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Fim