Aula 01 Barragens de Terra e Enrocamento I (1)

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Aula 01
Barragens de Terra e Enrocamento I
UNIP – Universidade Paulista
Obras de Terra
Prof. Danilo Bernardes Lourenço
Definição e Objetivo
 
Barragem pode ser definida como sendo um elemento estrutural, construída transversalmente à direção de escoamento de um curso d’água, destinada a criação de um reservatório artificial de acumulação de água. 
Os objetivos que regem a construção de uma barragem são vários e os principais se resumem em : 
 a) aproveitamento hidrelétrico
 b) regularização das vazões do curso d’água para fins de navegação
 c) abastecimento doméstico e industrial de água
 d) controle de inundações
 e) irrigação 
Os objetivos poderão ser explorados individualmente ou em conjunto. Se, por exemplo, uma barragem é implantada com a finalidade imediata de obtenção de energia elétrica, outras atividades ditas secundárias poderão ser também desenvolvidas correlatamente. Assim é que os aspectos como recreação, piscicultura, saneamento, etc., são comumente desenvolvidos. Um exemplo característico pode ser a barragem de Barra Bonita no Rio Tiete ( Estado de São Paulo ), cujos objetivos principais foram a obtenção de energia elétrica ( potência de 122 000 kW ) e a regularização do rio para fins de navegação. 
O projeto sugere também uma reserva de vazão média diária de 4m3/seg., para fins de irrigação de áreas circunvizinhas. 
Posteriormente foi desenvolvido também o turismo, através da recreação em certas áreas do reservatório, e se resume na prática dos esportes aquáticos, com a implantação de clubes de campo e hotéis neste locais. 
Elementos de uma Barragem
As definições expostas a seguir tem a finalidade apenas de orientar e auxiliar a compreensão da importância da geologia, nos trabalhos de construção de barragens. 
Outros Elementos Encontrados no Conjunto de Obras que Compõem uma Barragem
 
 
a) ensecadeira - destinada a desviar as águas do leito do rio, total ou parcialmente, com o objetivo de permitir o tratamento das fundações nessas áreas e, às vezes, nas áreas das planícies de inundação, possibilitando a construção em seco dos diques de terras ou estrutura de concreto. As ensecadeiras mais comuns são aquelas construídas com terras e blocos de rocha. Em alguns casos, é necessária a utilização de chapas metálicas ou diafragmas impermeáveis. 
Detalhe de Ensecadeiras na Construção de uma Barragem
b) túneis de desvio - possuem a mesma finalidade das ensecadeiras, sendo porém, construídos em cursos d’água com vales íngremes, e quando possível, nos locais onde existam curvas. Em muitos casos, o túnel de desvio é usado posteriormente como túnel de adução, para transportar as águas do reservatório para a casa das máquinas. 
Túneis de Serviço
c) vertedouro - seu objetivo é funcionar como um dispositivo de segurança, quando a vazão do curso d’água assumir valores que tornem a estabilidade da barragem perigosa, ou impedir que o nível máximo estabelecido para a barragem cause prejuízos às propriedades agrícolas ou industrias a jusante da barragem. A capacidade do vertedor é calculada para permitir o escoamento máximo (enchente catastrófica), que poderia ocorrer na secção da barragem. 
Vertedouro da Usina Bi Nacional Itaipu
Vertedouro Boca de Sino
d) tomada d’água - representa o conjunto de obras que permite a retirada, do reservatório, da água a ser utilizada, seja para a obtenção de energia ou para outros fins. O tipo de tomada d’água varia com o tipo de barragem. Assim, as barragens de concreto, a tomada d’água consiste geralmente em um conduto que pode se desenvolver através do maciço da barragem ou em sua proximidade, enquanto na barragem de terra, aparece nas ombreiras do reservatório. 
Foto de tomada d`água
Tipos de Barragens
As barragens podem ser classificadas em diferentes tipos, de acordo com o seu objetivo, seu projeto hidráulico e os tipos de materiais empregados na sua construção. Com relação a este aspecto, as barragens podem ser classificadas em: 
1. Concreto 
Gravidade 
 Arco 
2. Terra 
3. Enrocamento 
Vista de uma barragem de terra em questão são identificados os principais elementos geométricos dentre eles estruturas de concreto
Vista Panorâmica da Usina Hidrelétrica Bi Nacional Itaipu
Barragem de Concreto
Uma das mais antigas barragens de concreto foi construída no Egito, em torno do ano 4.000 A.C., sendo a relação largura da base x altura estimada em 4:1. Hoje em dia, tem sido possível a construção de barragens imensas, como a Hoover Dam nos Estados Unidos, com 221 metros de altura, sendo a relação da largura da base para a altura, considerável, ou seja, menos de 1:1. 
Foto da barragem de Hoover Dam em Las Vegas USA
Barragem de Concreto - Gravidade
É o tipo de barragem mais resistente e de menor custo de manutenção. Este tipo pode ser adaptado para todos os locais, mas a sua altura é limitada pela resistência das fundações. Quando são constituídas de material de aluvião incoerente, a altura dessas barragens tem sido limitada a 20m. No caso da fundação ser de rocha sã, porém situada a considerável profundidade da superfície do terreno, é mais adequado e econômico construir-se uma barragem de terra, porque a mesma não necessita repousar sobre fundação em rocha e assim evita-se uma quantidade de escavação.
Comparadas com as barragens de terra ou de enrocamento, as de concreto tipo gravidade são de maior custo. 
Barragem de Concreto - Arcos
São mais raras, uma vez que o comprimento dessas barragens deve ser pequeno em relação à sua altura, o que exige a presença, nas encostas do vale, de material rochoso adequado e de grande resistência, capaz de suportar os esforços a elas transmitidos. Essas barragens são mais comuns na Europa, onde os vales são profundos e fechados.
Ao lado a fotografia ilustra um exemplo de barragem (de concreto) com finalidade de geração de energia elétrica no Rio Paraibuna, próximo à Juiz de Fora, conhecido como Usina Quatro. Local que aproveita a ocorrência de um grande desnível no curso do rio. 
 Abaixo da fotografia vêse o barramento de concreto, ao centro o canal que conduz água a dois dutos forçados que chegam a casa de força para a produção de energia 
Barragens de Terra
Desde os tempos antigos, barragens de terra foram construídas com a finalidade de armazenar água para irrigação, sendo algumas das estruturas de tamanho considerável, como por exemplo, uma construída no Ceilão no ano 504 A.C., que possuía 17 quilômetros de comprimento, 21 metros de altura e contendo cerca de 15 milhões de metros cúbicos de material.
Antigamente todas as barragens de terra eram projetadas por métodos empíricos e a literatura de engenharia está repleta de registros de ruptura e acidentes dessas barragens. 
Somente a partir de 1.907, surgiram os primeiros procedimentos racionais para projeto dessas obras. Atualmente tais procedimentos permitem a construção de barragens de terra com mais de 150 m de altura. No Estado de São Paulo, a barragem de Xavantes no Rio Paranapanema, atinge 90 m de altura.
As barragens de terra são as mais elementares obras de barragens e normalmente se prestam para qualquer tipo de fundação, desde a rocha compacta, até terrenos construídos de materiais não consolidados. Esses últimos, aliás, são seu campo típico de aplicação. Existe uma certa variabilidade no tipo de barragem de terra, que poderá ser homogêneo ou zonado. 
As Barragens de Terra são Caracterizadas pelos Seguintes Elementos Principais:
• zona de vedação (núcleo)
• sistema de drenagem interna
• zona resistente (espaldares)
Homogêneo - é aquele composto de uma única espécie de material, excluindo-se a proteção dos taludes. Nesse caso, o material necessita ser suficientemente impermeável, para formar uma barreira adequada contra a água, e os taludes precisam ser relativamente suaves, para uma estabilidade adequada.
Zonado - esse tipo é representado por um núcleo central impermeável, envolvido por zonas de materiais consideravelmentemais permeáveis, zonas essas que suportam e protegem o núcleo. As zonas permeáveis consistem de areia, cascalho ou fragmentos de rocha, ou uma mistura desses materiais.
Barragens de terras Homogêneas 
Barragens de Terra Zonadas
Principais Desvantagens
• cronograma de construção pode ser afetado pelas condições climáticas (execução do aterro paralisada em períodos chuvosos).
Barragens de Terra Seções Típicas
Barragens de Terra Seções Típicas
Barragens de Terra Seções Típicas
Barragens de Terra – Drenagem Interna
Barragens de Terra - Exemplos
Barragens de Terra e Enrocamento
Esse tipo de barragem é aquele em que são utilizados blocos de rocha de tamanho variável e uma membrana impermeável na face de montante. O custo para a produção de grandes quantidades de rocha, para a construção desse tipo de barragem, somente é econômico em áreas onde o custo do concreto fosse elevado ou onde ocorresse escassez de materiais terrosos e houvesse, ainda, excesso de rocha dura e resistente. Devemos lembrar que a rocha de fundação adequada para uma barragem de enrocamento pode não ser aceitável para uma de concreto. 
A rocha que deve preencher a maior parte da barragem precisa ser inalterada pelo intemperismo, não sendo facilmente desintegrada ou quebrada. Rochas que, quando sujeitas à ação de explosivos, fragmentam-se facilmente em pedaços muito pequenos, com elevada porcentagem de lascas e pó, são igualmente inadequadas. As rochas para essas barragens, devendo ter resistência ao intemperismo físico e químico, gnaisse, diabásio, etc. Os blocos de rocha são colocados de modo a se obter o maior contato entre suas superfícies e os vazios entre elas, que são preenchidos por material de menor tamanho. 
Conceito e Vantagens
Maciço constituído por enrocamentos (blocos de rocha) lançados ou compactados em camadas com núcleo de material terroso.
• menor interferência no cronograma de execução.
• menores volumes de aterro.
• permitem a adoção de ensecadeira incorporada.
As barragens de terra e enrocamento são caracterizadas pelos seguintes elementos principais:
• zona de vedação (núcleo)
• sistema de drenagem interna
• transições
• zona resistente (espaldares)
Principal desvantagem:
• exigem fundações em rocha sã ou alterada
Exemplo de Barragem de Terra Associada a uma de Enroncamento 
A barragem de Passo Severino, situa-se na bacia hidrológica do rio Santa Lucia, 70Km ao norte da cidade de Montevideo, Uruguai,. Destina-se a formar um reservatório de acumulação de águas no rio Santa Lucia e mater uma vazão mínima regulada em 8m3/s, a jusante, onde está instalada a toma da de água para abastecimento da cidade de Montevideo e municípios vizinhos. 
A obra de barramento consta de uma estrutura vertedora em concreto, com comprimento de 71,2m implantada no leito natural do rio, uma tomada d’água na sua extremidade direita, dois maciços de solo e rocha compactados, sendo um de cada lado da estrutura vertedora e uma estrutura complementar para extravasamento de grades enchentes (Sangradouro), situada numa sela topográfica da margem direita. O comprimento total das obras de barramento é de 2.300m e sua altura máxima é de 28m . 
A Figura ao lado mostra a localização geral da obra e as seções típicas de cada uma das estruturas componentes. 
Barragens de Terra e Enrocamento
Barragens de Terra e Enrocamento
Barragens de Enrocamento com Face de Concreto
Maciço constituído por enrocamentos (blocos de rocha) compactados em camadas.
• construção de uma laje de concreto como elemento de vedação no talude de montante;
• não implicam a execução de aterros em solos compactados;
• permitem taludes mais íngremes;
• não permitem a adoção de ensecadeira incorporada.
As barragens tipo B.E.F.C. são caracterizadas pelos seguintes elementos principais:
• zona de vedação (laje de vedação ancorada em uma viga de concreto chamada “plinto”)
• zona de transição (enrocamento fino)
• zona resistente (espaldares)
Principal desvantagem:
• exigem fundações em rocha sã ou alterada
Barragens de Enrocamento com Face de Concreto
Barragens de Enrocamento com Face de Concreto
Xingó / Sergipe-Alagoas (1987 – 1994) Rio São Francisco – alt. máx.: 150m