3 Barragens de Terra e Enrocamento 1 Introdução, Tipos e Elementos Principais

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Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”
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Departamento de Engenharia Cívil – Área de Geotecnia
Prof. Dr. Adriano Souza
Capítulo 3
Barragens de
Terra e Enrocamento
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• Introdução
• Tipos de barragens
• Elementos principais de uma barragem
• Materiais de construção
• Escolha do local para implantação
• Investigações geológico-geotécnicas
• Análises de percolação
• Análises de estabilidade
• Análises de tensões e deformações
• Instrumentação
• Métodos construtivos
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Introdução
Estrutura da engenharia civil construída 
em um vale para dar forma a um lago 
artificial como um reservatório de água.
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Introdução
Estrutura da engenharia civil construída 
em um vale para dar forma a um lago 
artificial como um reservatório de água. 
Esse reservatório tem várias finalidades: 
abastecimento de água, geração de 
energia elétrica, controle de enchentes, 
navegação, irrigação e outros.
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Um projeto para chegar em sua forma
final deve passar por uma série de etapas, que
no caso mais geral são as seguintes:
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Um projeto para chegar em sua forma
final deve passar por uma série de etapas, que
no caso mais geral são as seguintes:
• Planejamento
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Um projeto para chegar em sua forma
final deve passar por uma série de etapas, que
no caso mais geral são as seguintes:
• Planejamento
• Viabilidade técnico-econômica
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Um projeto para chegar em sua forma
final deve passar por uma série de etapas, que
no caso mais geral são as seguintes:
• Planejamento
• Viabilidade técnico-econômica
• Anteprojeto
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Um projeto para chegar em sua forma
final deve passar por uma série de etapas, que
no caso mais geral são as seguintes:
• Planejamento
• Viabilidade técnico-econômica
• Anteprojeto
• Projeto Básico
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Um projeto para chegar em sua forma
final deve passar por uma série de etapas, que
no caso mais geral são as seguintes:
• Planejamento
• Viabilidade técnico-econômica
• Anteprojeto
• Projeto Básico
• Projeto Executivo
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Tipos de Barragens
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Tipos de Barragens
O tipo de barragem pode ser 
definido quanto ao material 
utilizado em sua construção como 
quanto a geometria da mesma.
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Tipos de Barragens quanto ao Material
Utilizado em sua Construção
• Barragem de concreto
• Barragem de terra
• Barragem de enrocamento
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Tipos de Barragens quanto à Geometria
- Barragem de gravidade
- Barragem em arco
Concreto
Terra
Enrocamento
Concreto
Armado
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Barragem de Gravidade – Concreto
Vista de Perfil em corte
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Barragem de Gravidade – Concreto
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Barragem de Gravidade – Concreto
Vista em Planta
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Barragem de Gravidade – Concreto
Esquema de Forças
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Barragem em Arco – Concreto Armado
Vista de 
Perfil em 
corte
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Barragem em Arco – Concreto Armado
Vista em Planta
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Barragem em Arco – Concreto Armado
Esquema de Forças
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Barragens de Terra
- Homogênea
- Zoneada
- Aterro Hidráulico
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NA
Homogênea
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Zoneada
NA
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Aterro Hidráulico
NA
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Barragens de Enrocamento
- com Núcleo de Argila
- com Paramento Impermeável a Montante
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Núcleo de Argila Central
NA
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Núcleo de Argila Inclinado
NA
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Paramento Impermeável a Montante
NA
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A escolha do tipo de barragem deve ser
feita após a consideração das características
de cada tipo, relacionadas com as feições
físicas do local e a sua adaptação para
atender o objetivo para o qual foi
construída, observando-se os aspectos de
economia, de segurança e outras limitações
pertinentes.
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Geralmente o fator determinante na
escolha final do tipo de barragem é o
custo de construção. Os fatores físicos
mais importantes na escolha do tipo da
barragem são:
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a) Topografia
b) Condições geológico-geotécnicas das fundações
c) Materiais de construção
d) Dimensões e locação do vertedouro
e) Condições do meio ambiente
f) Condições climáticas
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Elementos Principais de uma Barragem
Frente aos inúmeros fatores a serem
considerados na elaboração de um projeto
de uma barragem de terra e enrocamento,
ainda que se utilize a mesma metodologia de
trabalho, dificilmente a seção transversal do
projeto final de uma barragem será repetido
para outras barragens.
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N.A.
Fundação permeável
Núcleo
máx.
Elementos Principais de uma Barragem
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Aba Aba
Fundação permeável
Núcleo
Elementos Principais de uma Barragem
N.A.máx.
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Aba Aba
Fundação permeável
Transição
Núcleo
Elementos Principais de uma Barragem
N.A.máx.
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Aba Aba
Fundação permeável
Trincheira de vedação (“Cut-
off”)
Núcleo
Elementos Principais de uma Barragem
N.A.máx.
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Aba Aba
Fundação permeável
Cortina de injeção
Núcleo
Elementos Principais de uma Barragem
N.A.máx.
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Aba Aba
Crista
Fundação permeável
Núcleo
Elementos Principais de uma Barragem
N.A.máx.
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Aba Aba
Fundação permeável
Borda livre
“Free board”
Núcleo
Elementos Principais de uma Barragem
N.A.máx.
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Aba Aba
Crista
Fundação permeável
Trincheira de vedação (“Cut-
off”)
Borda livre
“Free board”
Transição
Cortina de injeção
Núcleo
Elementos Principais de uma Barragem
N.A.máx.
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Fundação 
permeável
Elementos Principais de uma Barragem
N.A.máx.
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Fundação 
permeável
Rip-rap
Elementos Principais de uma Barragem
N.A.máx.
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Fundação 
permeável
Tapete 
impermeável
Elementos Principais de uma Barragem
N.A.máx.
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Fundação 
permeável
Filtro chaminé 
vertical
Elementos Principais de uma Barragem
N.A.máx.
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Fundação 
permeável
Filtro 
horizontal
Elementos Principais de uma Barragem
N.A.máx.
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Fundação 
permeável
Dreno de pé
Elementos Principais de uma Barragem
N.A.máx.
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Fundação 
permeável Poço de alívio
Elementos Principais de uma Barragem
N.A.máx.
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Fundação 
permeável
Rip-rap
Filtro chaminé 
vertical
Filtro 
horizontal
Poço de alívio
Dreno de péTapete 
impermeável
Elementos Principais de uma Barragem
N.A.máx.
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Crista
Aba Aba
Crista
Fundação permeável
Núcleo
N.A.máx.
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Crista
Sua largura é determinada pelas
necessidades de tráfego sobre ela. Na
maioria das barragens varia entre 6 e 12 m,
adotando-se maiores larguras para as
barragens mais altas, com estruturas de
concreto mais importantes.
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Crista
Mesmo para pequenas barragens, não é
recomendável largura inferior a 3 m, para
garantir condições mínimas de acesso, para
a execução de serviços de manutenção.
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Borda Livre (“Free Board”)
N.A.
Aba Aba
Fundação permeável
Borda livre
“Free board”
Núcleo
máx.
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Borda Livre (“Free Board”)
É a diferença que deve ser observada
entre o nível da crista da barragem e o nível
máximo do reservatório, para que as ondas
formadas no lago não passem por cima das
barragem.
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Borda Livre (“Free Board”)
O nível máximo do reservatório é
definido por meio de estudos hidrológicos e
hidráulicos, em função das cheias
consideradas para o projeto do barramento e
das características dos dispositivos de
extravasamento.
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Borda Livre (“Free Board”)
A altura das ondas que podem chegar ao
talude de montante da barragem é função
da velocidade do vento e da extensão do
reservatório na direção do vento considerada
(“fetch”).
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Borda Livre (“Free Board”)
No mínimo, o valor da borda livre deve
ser igual a altura da onda máxima, acrescida
de 50%, para compensar a sua corrida sobre
o talude da barragem e, ainda, de um valor
correspondente a um fator de segurança,
variável entre 0,6 e 3,0 m, dependendo da
importância da barragem.
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Borda Livre (“Free Board”)
Para calcular a altura da onda máxima
existem ábacos, como o desenvolvido pelo
U. S. Bureau of Reclamation (Figura 1).
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Borda Livre (“Free Board”)
)m0,3a6,0(H.5,1f 
em que:
f : “fetch”, e
H : altura máxima da onda.
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Borda Livre (“Free Board”)
Figura 1. Altura máxima da onda (U. S. Bureau of Reclamation).
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Aba ou Talude (Montante e Jusante)
N.A.
Aba Aba
Fundação permeável
Núcleo
máx.
Montante
Jusante
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Aba ou Talude (Montante e Jusante)
As abas ou taludes de montante e de
jusante da barragem dependem dos tipos
materiais com os quais ela será construída,
da sua geometria interna, da fundação e das
condições a que será submetida durante a
sua construção e operação.
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Aba ou Talude (Montante e Jusante)
Pode-se tomar como valores iniciais para
as inclinações (vertical:horizontal) das abas
ou taludes:
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Aba ou Talude (Montante e Jusante)
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Aba ou Talude (Montante e Jusante)
- Barragem de terra: 1:2 a 1:3
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Aba ou Talude (Montante e Jusante)
- Barragem de terra: 1:2 a 1:3
- Barragem de enrocamento
com núcleo de terra: 1:1,5 a 1:2,0
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Aba ou Talude (Montante e Jusante)
- Barragem de terra: 1:2 a 1:3
- Barragem de enrocamento
com núcleo de terra: 1:1,5 a 1:2,0
- Barragem de enrocamento
com face de concreto: 1:1,3 a 1:1,5
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Proteção das Abas ou Taludes e da Crista
N.A.
Aba Aba
Fundação permeável
Núcleo
máx.
Montante
Jusante
Crista
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Proteção das Abas ou Taludes e da Crista
N.A.
Aba Aba
Fundação permeável
Núcleo
máx.
Montante
Jusante
Crista
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Proteção das Abas ou Taludes e da Crista
N.A.
Aba Aba
Fundação permeável
Núcleo
máx.
Montante
Jusante
Crista
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Proteção das Abas ou Taludes e da Crista
O talude de jusante das barragens deve
ser protegido contra erosão, causada pelas
águas de chuva.
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Proteção das Abas ou Taludes e da Crista
Nas barragens de enrocamento com núcleo
de terra ou com face de concreto, o problema
de erosão é resolvido, deslocando e arrumando
os blocos graúdos do enrocamento para a face
jusante.
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Proteção das Abas ou Taludes e da Crista
Nas barragens de terra, a primeira
providênciaconsiste em subdividir o talude de
jusante em trechos, de altura não superior a
10 m, por maio da intercalação de bermas,
com cerca de 3 a 5 m de largura.
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Proteção das Abas ou Taludes e da Crista
Nessas bermas, são instaladas canaletas
de concreto, paras coletar as águas que caem
no talude do trecho superior e na própria
berma, conduzindo-as, com declividade da
ordem de 0,5%, para caixas, também
dispostas nas bermas, a cada 100 m,
aproximadamente.
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Proteção das Abas ou Taludes e da Crista
Com as velocidades das águas reduzidas, a
erosão superficial pode ser combatida pelo
simples plantio de grama, em toda a área de
taludes e de bermas.
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Proteção das Abas ou Taludes e da Crista
O talude de montante deve ser protegido
contra a erosão causada pelas ondas que se
formam no reservatório. Essa proteção
geralmente é feita com enrocamento,
denominado “rip-rap”, cujos blocos devem
apresentar dimensões mínimas, suficientes
para não serem arrastados pelas ondas.
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Proteção das Abas ou Taludes e da Crista
O U. S. Army Corps of Engineers,
apresenta as seguintes sugestões para o
diâmetro médio (D50) e espessura da camada
de “rip-rap”, mínimos, em função da altura
máxima das ondas:
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Proteção das Abas ou Taludes e da Crista
Hmáx da onda Diâm. médio (D50) Espessura da camada
(m) (m) (m)
0 - 0,60 0,25 0,30
0,60 - 1,20 0,30 0,46
1,20 - 1,80 0,38 0,61
1,80 - 2,40 0,46 0,76
2,40 - 3,00 0,53 0,91
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Proteção das Abas ou Taludes e da Crista
Sob o enrocamento, deve ser colocada
uma camada de transição, de material granular
graúdo, cuja espessura também é função da
altura das ondas:
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Proteção das Abas ou Taludes e da Crista
Hmáx da onda Espessura da camada de transição
(m) (m)
0 - 1,20 0,15
1,20 - 2,40 0,23
2,40 - 3,00 0,30
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Proteção das Abas ou Taludes e da Crista
A proteção deve cobrir todo o trecho do
talude, desde o seu topo, até cerca de 1 m
abaixo do nível mínimo de operação do
reservatório.
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Trincheira de Vedação
N.A.
Aba Aba
Fundação permeável
Trincheira de vedação (“Cut-
off”)
Núcleo
máx.
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Trincheira de Vedação (“Cut-Off”)
Nas barragens com núcleo de terra, o
tratamento para impermeabilização pode ser
providenciado pela escavação dos materiais
permeáveis, exclusivamente sob a base do
núcleo.
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Trincheira de Vedação (“Cut-Off”)
O material escavado é então substituído
por aterro, compactado nas mesmas condições
que o núcleo, constituindo a chamada
trincheira de vedação (“Cut-off”).
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Trincheira de Vedação (“Cut-Off”)
A profundidade da trincheira de vedação
fica limitada pela viabilidade da escavação ser
executada mecanicamente, por meio de
tratores, escavadeiras, etc, sem o uso de
explosivos.
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Cortina de Injeção
N.A.
Aba Aba
Fundação permeável
Cortina de injeção
Núcleo
máx.
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Cortina de Injeção
Em níveis abaixo ao da trincheira de
vedação, se a fundação ainda apresenta
permeabilidade elevada, o tratamento
poderá ser feito por meio de injeção de
cimento ou de outros materiais
impermeabilizantes, tais como: silicatos ou
resinas.
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Cortina de Injeção
Nas barragens de enrocamento com face
de concreto mais antiga constituía-se uma
trincheira de concreto no pé de montante.
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Cortina de Injeção
Atualmente para se evitar problemas de
recalques diferenciais nessa zona de
infiltrações excessivas de água, a laje é
prolongada horizontalmente para montante,
constituindo o elemento chamado “plinto”.
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Cortina de Injeção
É constituída por uma ou mais linhas de
furos, executados no maciço rochoso, por
meio de equipamento rotativo ou roto-
percurssivo, que são preenchidos por injeção
de calda de cimento.
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Tapete Impermeável à Montante
O controle de percolação de água através
da fundação também pode ser realizado por
um tapete impermeável construído à
montante.
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N.A.
??
máx.
Elementos Principais de uma Barragem
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Tapete Impermeável à Montante
O objetivo do tapete é o de reduzir o
gradiente hidráulico através da fundação,
pelo aumento do caminho de percolação da
água sob a barragem.
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Tapete Impermeável à Montante
Em geral, o tapete é construído com o
mesmo material e nas mesmas condições de
compactação do núcleo da barragem.
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Tapete Impermeável à Montante
A espessura e o comprimento do tapete
dependem da sua permeabilidade, da
estratificação e da espessura da camada
permeável da fundação e da carga do
reservatório.
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Tapete Impermeável à Montante
São freqüentes espessuras variando
entre 0,60 e 3,00 m, podendo alcançar
maiores valores na região logo a montante
do núcleo, para aumentar a sua eficiência.
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Drenagem Interna
São freqüentes espessuras variando
entre 0,60 e 3,00 m, podendo alcançar
maiores valores na região logo a montante
do núcleo, para aumentar a sua eficiência.
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Instrumentação
Os instrumentos colocados em uma
barragem ou em sua fundação podem
fornecer informações importantes sobre o
seu funcionamento.
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Instrumentação
Fase de construção: permite a adaptação
e a revisão do projeto.
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Instrumentação
Fase de operação: indica medidas
necessárias para eventuais correções, além
de fornecer dados e parâmetros para o
projeto de outras barragens, que não são
possíveis de serem obtidos exclusivamente
através da teoria e ou resultados de ensaios
de laboratório.
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Instrumentação
Informações obtidas pela instrumentação:
- Pressões neutras de construção;
- Pressões neutras devidas à percolação de
água;
- Pressões neutras sobre paredes de
concreto e sobre fundações;
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Instrumentação
- Recalques e deslocamentos horizontais, em
profundidade e na superfície;
- Abertura de juntas nas rochas e em
estruturas de concreto;
- Vazões de percolação de água e outros.
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Instrumentação
Tipos de Instrumentos
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a) Medidor de nível d’água
b) Piezômetros
c) Célula de pressão total
d) Medidor de recalques
e) Caixa sueca
f) Tensiômetro
g) Inclinômetro
h) Medidor de vazão
i) Medidor triortogonal de abertura
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Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira
Departamento de Engenharia Cívil – Área de Geotecnia
Prof. Dr. Adriano Souza
Métodos Construtivos
- Recalques e deslocamentos horizontais, em
profundidade e na superfície;
- Abertura de juntas nas rochas e em
estruturas de concreto;
- Vazões de percolação de água e outros.
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Departamento de Engenharia Cívil – Área de Geotecnia
Prof. Dr. Adriano Souza
Métodos Construtivos
Frente aos inúmeros fatores a serem
considerados na elaboração de um projeto
de uma barragem de terra e enrocamento,
ainda que se utilize a mesma metodologia de
trabalho, dificilmente a seção transversal do
projeto final de uma barragem será repetido
para outras barragens.
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Métodos Construtivos
Frente aos inúmeros fatores a serem
considerados na elaboração de um projeto
de uma barragem de terra e enrocamento,
ainda que se utilize a mesma metodologia de
trabalho, dificilmente a seção transversal do
projeto final de uma barragem será repetido
para outras barragens.
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