Geologia.aplicada.a.Barragens.e.Tuneis

Prévia do material em texto

Aula 12 - Geologia aplicada às 
barragens
Ensecadeiras e cortinas 
de contenção de cheias 
são Barragens de 
engastamento no fundo. 
São temporárias.
•Barragens de engastamento nas ombreiras;
•Barragens de engastamento no fundo;
•Barragens de gravidade em concreto;
•Barragens de contra-fortes em concreto;
•Barragens de enrocamento com face de concreto
•Barragens de terra.
Tipos de barragens
Barragens em arco (abóboda)
•A forma em curva faz com que as pressões sejam transferidas para as 
ombreiras;
•O vale deve ser estreito e regular com relação entre o comprimento da crista e 
a altura máxima menor do que 5;
•Exigem grandes escavações para atingir a rocha sã e para garantir o suporte 
adequado;
•Os esforços sobre a fundação são maiores (no fundo e nas ombreiras);
•A estabilidade depende da geologia, principalmente descontinuidades da rocha 
nas ombreiras.
UHE Funil
UHE de Hoover
Barragens de engastamento no fundo
UHE Ernestina
Barragens de gravidade em concreto
•São empregadas quando se dispõe de fundação competente e espaço 
restrito;
•São alternativas quando não se dispõe de facilidade para 
terraplenagem (falta de acesso ou falta de solos e enrocamento);
•Estabilidade crítica por deslizamento e tombamento;
•Maioria dos acidentes são por erosão das ombreiras ou da fundação.
O princípio das barragens de concreto massa é transferir as pressões de 
água para o assoalho da fundação. A preparação da fundação é uma etapa 
muito importante, portanto.
UHE Nova Olinda - PB
UHE de Dona Francisca - RS
UHE de Capim Branco II - MG
UHE Salto Caxias - PR
Cortina de injeções na fundação
Por que são usados drenos sob as barragens?
Barragens de contrafortes de concreto
•Exemplo maior é a barragem principal de Itaipu;
•Sub-pressão fica reduzida devido a pequena área da base;
•Aumento da compressão sobre a fundação;
•Exige maior tratamento das fundações como tirantes e injeção de calda 
de cimento;
•Maior economia de concreto, mas necessita controle geológico maior.
UHE Itaipu
Barragens de enrocamento com face de concreto
•É um aterro construído com fragmentos de rocha e cascalho, compactado em 
camadas com rolos vibratórios
•Construídos sobre fundações de rocha sã, mas podem ser feitos sobre rocha 
alterada, aluviões compactados e outros materiais resistentes
•Exemplos: Segredo, Machadinho, Itá
•O maior problema dessas barragens é a acomodação do enrocamento com o 
peso e a saturação que podem trincar a face.
UHE Segredo
Compactação do enrocamento
Concretagem da face
UHE Machadinho
UHE Itá
UHE Campos Novos
Fechamento do rio para 
enchimento do reservatório: 
30 de setembro de 2005 
Barragem esvaziada por 
problemas na face 
Barragens de solo
•Taludes muito abatidos, ocupa espaço;
•Adapta-se a terrenos menos competentes;
•Não aceita galgamento;
•Estabilidade geralmente verificada para deslizamento interno;
•Sensível à erosão interna;
•Requer um volume expressivo de argilas estáveis para o núcleo.
As barragens de terra podem ser:
•Homogêneas
•Zonadas
As barragens homogêneas são feitas apenas com solos.
As barragens zonadas têm um núcleo impermeável e duas zonas externas 
mais permeáveis, formada por material mais grosseiro e, entre elas, materiais 
de transição.
As barragens zonadas aproveitam melhor os materiais naturais disponíveis e, 
por terem couraças em rocha fragmentada (enrocamento), são construídas 
com taludes menos abatidos do que as homogêneas.
Diferentes posições do núcleo
Formas de controle de infiltrações mais comuns
Cortina de injeções
Tapete impermeabilizante
Cut-off de argila compactada
Diafragma de concreto ou de lama
Problemas com barragens de terra
Trincas com erosão
Erosão interna e 
instabilidade do 
talude de jusante
Fases construtivas de barragens zonadas: o solo castanho é o núcleo.
Barragem de Irapê, MG
Situações favoráveis para a estabilidade
Barragem posicionada à 
montante de uma anticlinal. 
Rochas com estratificação próxima à 
vertical, mas mergulhante para o 
reservatório (montante);
Rochas com estratificação próxima à 
vertical, mergulhante para jusante 
podem ser sensíveis ao deslizamento;
Barragens posicionadas sobre 
sinclinais devem ser evitadas pela 
potencial instabilidade e excesso 
de fugas
Situações desfavoráveis para a estabilidade
Fundações com estratificações ou 
xistosidade com declividade 
pequena constituem riscos, 
independente de que direção 
mergulham
Fundações com estratificações ou 
xistosidade com declividade 
pequena constituem riscos, 
independente de que direção 
mergulham
Dobras no sentido transversal da barragem: anticlinais são boas 
para a estabilidade mas podem ser problemáticas pelas fugas
Dobras no sentido longitudinal da barragem: anticlinais são boas 
para a estabilidade e também para evitar fugas
Fatores geológicos
•Cobertura de solo e rocha alterada constitui um fator importante para a 
definição do tipo de barragem
•Características geotécnicas dos solos e rochas: permeabilidade e estruturas 
desfavoráveis.
•Barragens de concreto devem ser apoiadas em fundações de rocha
•A cobertura de solo e rocha alterada deve ser removida
•Nas ombreiras de uma barragem de concreto ou enrocamento o solo e rocha 
decomposta também deve ser removida
•Rochas ígneas não possuem estruturas desfavoráveis para barragens, exceto 
pela ocorrência de falhas de compressão que podem criar gargantas de solo;
•Rochas ígneas muito fendilhadas, como as extrusivas, exigem maior tratamento 
de estanqueidade nas fundações;
•No caso de derrames, cuidados especiais devem ser tomados a respeito do 
contato entre derrames, pois podem ser de baixa resistência ou conter camadas 
de arenitos aprisionados (intertrap).
Fatores geológicos
•Rochas sedimentares costumam ser permeáveis ou de baixa resistência. As 
clásticas costumas apresentar planos de fraqueza nas estratificações.
•Dentre as rochas sedimentares, os calcários podem ser muito problemáticos 
pois formam cavernas por dissolução e isto pode ocorrer sob a barragem.
•As rochas metamórficas são as mais heterogêneas e costumam estar dobradas, 
o que complica a avaliação da estabilidade. Barragens que tenham que ser 
construídas sobre elas, exigem projetos mais cuidadosos.
•As rochas metamórficas costumam se alterar com facilidade com o agravante 
de apresentarem planos de fraqueza (xistosidade).
•Barragens sobre solos aluviais devem ser evitadas pois ou são permeáveis ou 
sofrem deformação excessiva. Se for necessária a construção sobre esse tipo de 
solo, devem ser empregadas barragens homogêneas de solo e de pequena altura.
•Barragens sobre solos coluviais ou lacustres não devem ser construídas.
GEOLOGIA APLICADA AOS TÚNEIS
Tipos de túneis
•TÚNEL MINEIRO
•MÉTODO TBM
•MÉTODO NATM
•EMBOQUES
Escavadeira em Túnel de 
Teste em Heathrow - London, 
UK 1994
Escavação com Fresa na 
Estação Subterrânea Exchange 
Place - Jersey City, NJ 2002
Escavação de túnel mineiro
São mais viáveis em rochas duras ou túneis de menor 
extensão
Túnel em granito 
pouco fraturado 
nenhum revestimento 
necessário para 
estabilização
Região perturbada por 
falhas exigiu a instalação 
de grampos simples
Cambotas mistas de aço e 
madeira – túnel em calcário 
com estrutura dobrada e 
fraturada
Cambotas metálicas com setores ligados por flanges – túnel e rochas 
sedimentares
Túneis mecânicos (TBM)
São empregados em materiais menos resistentes e túneis de grande 
extensão
Túneis mecânicos (revestimento)
Perfuratriz tipo “Jumbo” 
Automática, usada emvariante do Túnel de Graz, 
Áustria 2001.
Método NATM
Método NATM
Enfilagens de reforço
Convergência de paredes de 
2m no túnel de Tymfristos 
(Grécia) – Túnel em calcário
Emboque dos túneis
Estabilidade da encosta onde 
o túnel se insere –
escorregamento de rocha 
metamórfica
antes
depois
Emboque com Portal em 
Concreto Projetado no 
Túnel de Rota Alternativa 
B27- Schürzeberg, 
Alemanha 1991
Emboque de conduto 
forçado de Usina 
Hidrelétrica (SC)
Túnel em rocha 
metamórfica (filitos) –
Mariana MG.
Início do emboque
Túnel em rocha 
metamórfica (filitos) –
Mariana MG: 
montagem da viga 
portal.
Importância da estrutura e 
princípio de atuação de 
grampos
Escavação de casa de 
máquinas em caverna UHE 
Rio Grande
Galerias Laterais Gêmeas no Metro de Santiago, Chile 2002
Escavação de túnel pelo método das galerias múltiplas
Enfilagens Grouteadas na 
Sapata da Parede 
Lateral.
Instalação de Enfilagens Grouteadas 
na parede lateral do Túnel 
Wadeküppel – Kassel, Alemanha 1984
Descontinuidades verticais e 
horizontais
As estratificações de 
rochas sedimentares ou as 
disjunções das rochas 
extrusivas são mais 
instáveis quando 
horizontais do que quando 
verticais
Desabamento de teto nas escavações do túnel de desvio de 
UHE Castro Alves
Estratificações ou disjunções inclinadas causam um 
desequilíbrio (assimetria de pressões) no túnel o que 
encarece a estabilização
Isso também é problema nos mergulhos no 
sentido do avanço do túnel
Diferentes posições do túnel, 
conforme estratificações ou 
xistosidades das rochas 
sedimentares e metamórficas
Xistosidades verticais são menos 
problemáticas do que as 
horizontais;
Xistosidades inclinadas resultam 
em pressões maiores no 
revestimento.
Influência das dobras
•Sinclinais convergem as águas de drenagem e direcionam pressões 
e podem ser problemáticas para os túneis.
•Anticlinais costumam aliviar as pressões nas paredes e no teto;
•No sentido longitudinal, as anticlinais carregam mais as 
extremidades, enquanto que as sinclinais geram tensões maiores no 
interior do túnel.
Problemas de 
túneis urbanos
Linha 4 – SP 
(jan/2007)
O que ocorreu?
Foliações do 
gnaisse com 
bandas escuras 
decompostas:
Concentração de 
esforços sobre o 
revestimento
Túneis em solos residuais
1
2
3
Túneis em solos transportados
b
a
Túneis em colúvios
Morro Agudo 
BR-101/SC
usina hidrelétrica de Cubatão
TÚNEL PARA DRENAGEM
DO COLÚVIO