Barragens de Terra

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Estudo de Barragens
Rodrigo de Paula O. D. Azarias
Construídas de forma natural ou artificial sobre córregos, rios ou canais, as barragens têm a função de reter e controlar o fluxo de fluidos. Independentemente de sua finalidade e do tipo de funcionamento, que varia bastante, elas apresentam um elemento comum: em algum ponto do percurso, o fluido fica retido no reservatório formado pelos suportes erguidos.
Barragem de terra:
É a mais comum no Brasil, caracterizada por vales muito largos e ombreiras suaves. Pode ser de terra homogênea, construída com apenas um tipo de material; ou de terra zoneada, aquela que, por falta de área de empréstimo com material argiloso suficiente para a construção de todo o aterro, prioriza o núcleo argiloso, no centro. Por ser uma estrutura menos rígida, permite fundações mais deformáveis, transmitindo esforços baixos para as fundações de qualquer tipo de solo ou rocha.
Consideram-se Barragens de Terra, aquelas em que a estrutura é fundamentalmente constituída por solo ou enrocamento (Enrocamento é um maciço composto por blocos de rocha compactados). São utilizadas para formação de reservatórios (lagos) para atender demandas de abastecimento de água, geração de energia elétrica e para acúmulos de rejeitos industriais.
As barragens precisam atender os requisitos básicos que são: eficiência e segurança. Uma ruptura em um sistema de barramento trás consequências catastróficas e prejuízos incalculáveis, e até mesmo perda de vidas humanas, daí a importância de uma construção bem dimensionada, segura e com monitoramento constante. As principais vantagens envolvidas na construção de pequenas barragens de terra são: 
São utilizados materiais naturais locais.
Os procedimentos do projeto são simples.
Comparativamente, são necessários pequenos ativos fixos tangíveis.
Os requisitos para as fundações são menos exigentes do que para outro tipo de barragens. A base larga duma barragem de terra distribui a carga nas fundações.
 Barragens de terra resistem ao assentamento e movimentos melhor do que estruturas mais rígidas e podem ser mais adequadas para áreas onde os movimentos do solo são comuns. 
No entanto, também existem desvantagens e estas são:
Uma barragem de terra é mais fácil de ser danificada ou destruída pela água corrente passando sobre ou batendo contra ela. Assim, um descarregador/vertedor e proteção adequada a montante são essenciais para qualquer barragem.
Projetar e construir descarregadores/vertedores adequados é normalmente a parte tecnicamente mais difícil de qualquer trabalho de construção duma barragem. Qualquer local com má́ qualidade de descarga não deverá ser usado.
Durante a construção, se não for adequadamente compactada, a barragem apresentará uma integridade estrutural fraca, apresentando pontos preferenciais de infiltração.
As barragens de terra requerem manutenção contínua de forma a evitar erosão, crescimento de árvores, sedimentação, infiltração e danos provocados por insetos e animais. 
Escolha do Local
- Possuir solo estável;
- Não apresentar afloramentos rochosos;
- Ser um estreitamento ou uma garganta do curso d'água
- Possuir pequena declividade a montante
- Ter a montante mais espraiada possível
- Não possuir nascentes
- Não possuir estratificações salinas no leito da represa
- Possibilitar o uso de água por gravidade
- Estar próximo do ponto de extração da terra usada no aterro
Características
Sinteticamente, uma barragem de terra pode caracterizar-se da seguinte forma:
- Uma estrutura localizada de forma a permitir a retenção da água, vulgarmente designada por corpo da barragem;
- Uma área a montante em que é armazenada a água de forma a permitir o seu uso durante todo o ano, usualmente designada por albufeira.
- Um conjunto de estruturas e órgãos hidráulicos que permitem efetuar a transposição da água de montante para jusante, seja para proteger a estrutura de retenção de eventuais galgamentos como para uso posterior nos mais variados fins.
O corpo da barragem é uma estrutura por vezes complexa, constituído por diversos materiais que cumprem funções distintas. De uma forma sucinta, o corpo da barragem é constituído essencialmente por um núcleo em material argiloso que impede a percolação da água, dois maciços estabilizadores situados a montante e a jusante do núcleo que pretendem garantir a estabilidade do corpo, um conjunto de drenos e filtros que visam dotar a barragem de zonas de escoamento da água que circula por infiltração e reduzir os riscos de fendilhação, uma proteção do talude de montante que está sob o efeito direto da ação da água, e que no perfil tipo apresentado é constituído por um material de enrocamento e uma proteção do talude de jusante contra a ação da água e do vento.
Componentes estruturais da barragem
Barramento: barramento é a estrutura principal de retenção, podendo ser composto por diversas técnicas construtivas.
Crista: a crista é a parte superior da barragem. Sua largura é determinada pelo nível de tráfego sobre ela, mas, nunca deve ser inferior a 3 metros. A altura da barragem deve ser no mínimo igual ao nível máximo da água somado a borda livre definida em projeto para aquela barragem.
Borda livre: é a distância vertical entre a crista e o nível máximo do reservatório, ela faz parte da segurança contra o transbordamento.
Taludes de montante e jusante: Talude de montante é a parte da barragem que ficará diretamente em contato com a água, desse modo necessita de cuidados especiais na sua manutenção. O talude de jusante é o lado oposto ao de montante.
Ombreiras ou encontros: são pontos de contato entre a barragem e o terreno natural, esses pontos costumam ser mais sensíveis em termos de resistência a ações erosivas.
Vertedouros: são estruturas hidráulicas que servem para controlar o nível o do reservatório, permitindo o fluxo de água da montante para jusante. 
Fundação: é a base na qual a barragem se apoiará e para qual devem ser estudados os efeitos das forças aplicadas sobre a barragem.
Fundação da Barragem
A fundação da barragem, no caso de ser constituída por materiais permeáveis, ou seja, materiais passíveis de permitir a circulação da água, deve ser tratada de forma a que sejam melhoradas as suas características, de forma a que possa cumprir as funções que dela se pretendem, que são as de suportar as cargas transmitidas pelo aterro e de diminuir a percolação da água de montante para jusante.
Para isso, são estudadas soluções que vão desde a utilização de cortinas de contenção e impermeabilização no prolongamento do eixo longitudinal da barragem ou tapetes filtrantes entre a fundação e a base de assentamento do corpo da barragem até à execução de drenos em brita em toda a zona de fundação do corpo da barragem combinados com tapetes impermeáveis constituídos por materiais argilosos que se estendem, por vezes, várias dezenas de metros para montante.
Por vezes, no caso de a camada permeável ser constituída por uma camada de espessura pequena, é apenas prolongado o núcleo no sentido descendente. Se os solos não apresentarem a necessária capacidade de suporte, devem ser retirados e substituídos por material com as características adequadas.
Tipos de Barragens e Aplicações
• Barragem de Regularização
 	São barragens que tem por objetivo regularizar o regime hidrológico dos rios, ou seja, equilibrar a demanda com o consumo de água. Estas barragens possuem diversas finalidades, entre elas o uso para aproveitamento hidroelétrico, que consiste em transformar a energia potencial hidráulica em energia elétrica, devido ao desnível criado pela estrutura de barramento.
A formação de reservatório para abastecimento de água constitui uma outra finalidade das barragens de regularização. Outro uso especifico destas barragens é para represar a água de forma a se ter a possibilidade de navegação.
 • Barragem de Retenção 
São estruturas que são construídas com a finalidade de reter a água, na maioria das vezes por controle de cheias. Outro exemplo é asua utilização para contenção de resíduos industriais e sedimentos, amplamente utilizada na mineração, entre outros.
Classificação quanto a Seção de Barragens
Barragens simples
As barragens simples são subdivididas em dois tipos, isto é, barragem de corpo homogêneo e barragem de corpo heterogêneo.
As barragens de corpo homogêneo são aquelas em que o maciço de terra é constituído, totalmente, com material considerado impermeável depois de compactado. São apropriadas para locais que dispõem de boas condições para construção e para impermeabilização do corpo da barragem. Essas boas condições referem-se à existência de solo médio a argiloso em quantidades suficientes para a construção da barragem em terreno com solo argiloso, seco e profundo, possibilitando que a barragem seja simplesmente apoiada sobre o solo. Portanto, o corpo da barragem será constituído de um único material impermeável e, por essa razão, é chamada de barragem de corpo homogêneo. As barragens de corpo heterogêneo são aquelas em que parte do maciço é construído com solo adequado (solo médio a argiloso) e outra parte por material permeável. Assim, elas são recomendadas para serem construídas em locais que não dispõem de solo de boa qualidade para compor o maciço, em quantidades suficientes para a construção de todo o corpo da barragem. Portanto, nestas condições, o corpo da barragem será constituído de dois materiais, um impermeável (solo médio a argiloso) e outro permeável (solo arenoso ou pedregoso). Por essa razão, é chamada de barragem de corpo heterogêneo.
Barragens com núcleo ou diafragma
Independente da barragem ser de corpo homogêneo ou heterogêneo, dependendo das condições do local, poderá ser necessária a construção de um núcleo impermeável. Locais onde não existe material com características adequadas para a construção do maciço, ou quando é verificada a presença de uma camada de solo arenoso permeável, exigem a construção de barragens com núcleo. E, caso a camada impermeável esteja a mais de 3 m de profundidade, além do núcleo, recomenda-se também a construção do cobertor impermeável. A função destes elementos será diminuir a percolação da água por meio da barragem.
Patologias ou anomalias em barragens
       De acordo com a Resolução ANA 742/2011, anomalia é “qualquer deficiência, irregularidade, anormalidade ou deformação que possa vir a afetar a segurança da barragem, tanto a curto como a longo prazo”. Portanto, anomalia é qualquer comportamento anormal da estrutura, alertando para a necessidade de uma ação para que a barragem retorne ao seu estado natural.
Patologias em barragens de terra
 
Recalques, fissuras e trincas: como as barragens de terra ou enrocamentos são constituídas por materiais terrosos compactados em camadas, elas possuem características que permitem que, com o passar do tempo, ocorra acomodação das partículas das partículas e consequentemente dessas camadas. Essas acomodações provocam a ocorrência de movimentos verticais dirigidas para baixo, essas movimentações são consideradas normais até determinado ponto, que pode ser previsto em projeto, mas a partir desse ponto crítico podem ocorrer encontros de estruturas ou materiais diferentes, comprometendo a segurança da barragem. Geralmente, esse tipo de problema costuma gerar trincas ou fissuras nas barragens, permitindo a infiltração de água e outros agentes, o que pode levar a barragem ao rompimento.
Surgência: denominamos surgência quando a água que passa pelas estruturas das barragens surge em local não previsto, essa água presente em locais inadequados pode alterar as propriedades do material utilizado, como a coesão entre as partículas, gerando instabilidade na barragem. Esse tipo de patologia, geralmente, é causada por entupimento das drenagens ou falhas no projeto construtivo.
Erosão: acontece quando algum fluído, geralmente água ou ar, provoca carreamento do material da barragem. Normalmente, a ação de escoamento da água da chuva provoca a formação de ravinamentos que progridem e dão origem a erosões maiores. Também pode o ocorrer um fenômeno denominado piping, que é um tipo de erosão interna que acaba criando canais dentro da estrutura que facilitam ainda mais o carreamento de materiais e mais infiltrações, esse fenômeno, geralmente, é causado por vazamento nas estruturas de drenagem ou devido a infiltrações na barragem. Esse fenômeno é tido como a provável causa para o rompimento da barragem em Brumadinho, em que os rejeitos contidos sofreram uma liquefação (tiveram suas caraterísticas modificadas, tornando-se mais líquidos) e causaram infiltrações na barragem.
As falhas estruturais:
 
Estas são todas diretamente associadas com o aterro e o descarregador/vertedor e podem ser associadas com a fundação, materiais usados, técnicas de projeto e construção. 
Abatimento e deslizamento da face de jusante 
Ocasionalmente isto poderá́ ser aplicado ao lado montante da barragem. É normalmente o resultado de materiais de má́ qualidade, vertentes demasiado inclinadas, drenagem inadequada e/ou infiltração excessiva. Se grave, a estabilidade da barragem pode ser afetada e é então muito importante baixar o nível da água no reservatório logo que possível. 
A utilização de bom material e vertentes bem projetadas na altura da construção e o seguimento de procedimentos corretos de construção evitará o aparecimento destes problemas. No entanto, quando aparecem problemas sérios, especialmente se numa barragem velha, a única solução são profundas obras de reconstrução e estas deverão incluir medidas para facilitar a drenagem na e por baixo da seção de jusante, tapetes de argila a montante, o alisamento das vertentes e a redução do nível da água no reservatório. Este último pode ser mantido baixando o descarregador/vertedor ou os níveis das caixas coletoras. 
Outros fatores, tais como solos de baixa resistência, fundações com deficiente compactação e compressão, também contribuem para a falha parcial das vertentes e podem ser de muito difícil remediação. 
Movimentos da fundação 
Movimento do aterro sobre a sua fundação pode levar à falha completa da barragem. Normalmente associado a uma escolha errada do local e com barragens maiores, os movi- mentos dos aterros levarão ao aparecimento de rachaduras na estrutura. São mais graves quando se estendem transversalmente através do aterro e abaixo da linha de água. Reduza o nível da água imediatamente e encha todas as rachaduras com bom material e plante erva (capim). 
As barragens de terra podem absorver alguns movimentos sem sofrer danos mas se se continuam a formar rachaduras, ou estas aparecem de repente em velhas barragens, é melhor procurar imediatamente aconselhamento especializado. 
Erosão interna (piping) 
Isto ocorre quando a água de percolação escava um túnel ou tubo através dum aterro que, em casos graves, pode levar ao debilitamento e eventual tombamento da barragem. É muito grave em barragens construídas com solos de má́ qualidade e com grande permeabilidade. 
Para evitar isto é melhor antecipar tais problemas na fase de projeto e construir drenos debaixo da seção de jusante antes de começar a construção da barragem propriamente dita. No entanto, quando a erosão interna (piping) é excessiva, ou não permitida, deverão ser seguidas as medidas já́ descritas para reduzir infiltração. 
Quando água castanha, enlameada, é vista a emergir da face de jusante da barragem ou a percolação começa a aumentar, isto pode dizer que há graves danos internos. Isto pode ser associado, em casos mais graves, com o aparecimento de redemoinhos no lado montante. Reduza sempre o nível de água e execute, sem demora, obras de reparação e de remediação. 
Breaching 
A ruptura duma barragem ocorre quando uma seção do aterro cede e se forma um buraco que pode causar a ruptura. A não ser que seja causado por galgamento ou por uma cheia excepcional (ou um descarregador/vertedor demasiado pequeno), a ruptura é normalmente resultado de um dos problemas apontados acima que se tornou num defeitograve. Investigue sempre a causa da ruptura antes de iniciar obras de reparação permanentes e, uma vez que o problema tenha sido resolvido, a brecha pode ser cheia e a barragem restaurada para as suas condições de projeto.
As Falhas não estruturais:
Uma barragem que não enche com água falhou tanto como uma que sofre de problemas de falhas do aterro e do descarregador/vertedor. Basicamente, falhas não estruturais resultam em que a barragem não cumpra as suas capacidades de projeto e isto normalmente leva a uma redução na disponibilidade de armazenamento de água. Podem ser identificadas duas razões principais: 
Reservatório da barragem não atinge o enchimento total 
A barragem poderá́ ser demasiado grande para a bacia hidrográfica. A vazão afluente do reservatório pode ser aumentada construindo, se for considerado econômico, drenos pluviais e de curvas de nível para aumentar o escoamento superficial e canalizar a água das áreas adjacentes da bacia. 
Quando é sabido que o rendimento é satisfatório, pode dar-se o caso de que a água esteja a passar ao lado da barragem de tal forma que o reservatório não consegue encher. Frequentemente, à medida que a pressão da água aumenta, material permeável por debaixo do núcleo ou falhas que se estendam para dentro do reservatório, podem atuar como se fossem drenos de percolação. A água pode reaparecer a jusante ou contribuir para recarga subterrânea tornando difícil a identificação e retificação do problema. 
A monitorização cuidadosa da escavação na altura da construção da trincheira de vedação para assegurar que é suficientemente profunda e que é provável que abaixo desta não existam camadas permeáveis, diminuirá́ o risco de surgirem tais problemas. Também ajudará, se na fase do estudo de viabilidade, for realizada uma pesquisa do leito do rio a montante da barragem para localizar sumidouros. De forma a assegurar que as áreas de empréstimo no reservatório se mantêm impermeáveis debaixo de pressão, estas não deverão ser completamente privadas do material de argila. 
Quando se suspeita de perdas de água, a possível área de origem pode ser selada adicionando e incorporando argila no reservatório imediatamente a montante do aterro e/ou escavando uma nova trincheira de vedação até a uma camada impermeável abaixo do nível do núcleo, na seção a montante do aterro. Esta última medida poderá́ ser mais econômica se uma área alargada do reservatório tiver de ser coberta com uma camada de material impermeável. 
A barragem assoreia 
Este é normalmente um problema a longo prazo que pode ser evitado se as barragens não forem construídas em rios que transportem grandes cargas de sedimentos. 
Quando um reservatório está seriamente assoreado, normalmente não é econômico escavá- lo. Transportar e despejar em segurança grandes quantidades de limos molhados pode tornar-se difícil. A alternativa preferível é aumentar a barragem em altura uma vez que o influxo dos sedimentos tenha sido reduzido aplicando as medidas preconizadas acima. Isto aumentará a capacidade de armazenamento apenas com um relativamente pequeno aumento do volume de terraplanagem. 
Para barragens a serem construídas em rios com alto nível de limos, a construção de um aterro com um coroamento ou crista/soleira larga facilitará o alteamento da barragem em anos subsequentes. 
Plano de Ação para Crise (PAC)
 
Para todas as barragens, exceto para aquelas que foram avaliadas como não tendo perigo potencial, um Plano de Acção para Crise deverá sempre ser preparado. No mínimo, deve conter: 
Contatos e números de telefone (dono da barragem, autoridades a jusante, policia e serviços de emergência e outros) para chamar se a barragem estiver danificada, apresente problemas, ou seja, considerada instável. 
Informação sobre possíveis áreas sujeitas a serem afetadas a jusante (área estimada de inundação) no caso de ruptura da barragem ou se for necessário libertar rapidamente um volume significativo de água das comportas, drenos ou das estruturas de descarga. Um mapa, ilustrando os vários níveis de inundação (com estimativa do tempo da onda de inundação) deverá ser preparado e disponibilizado. 
Uma lista de nomes, endereços e números de telefone (manter atualizado) de habitantes vivendo imediatamente a jusante da barragem e dentro da área de inundação estimada. 
O PAC deverá ser atualizado.
Planos para aviso e evacuação de emergência, incluindo a indicação de itinerários seguros para serem seguidos em caso de inundação/ruptura da barragem. A evacuação imediata deverá ter prioridade sobre qualquer outra acção no caso em que a estabilidade da barragem esteja ameaçada sobre os recursos a usar e procedimentos a seguir para reparações de emergência. Deverá incluir uma lista de empreiteiros de engenharia civil, fornecedores de equipamento e materiais e engenheiros disponíveis localmente.
Barragens de Concreto
Construídas essencialmente com materiais granulares produzidos artificialmente aos quais se adicionam cimento e aditivos químicos, são divididas em cinco tipos diferentes:
– Gravidade: barragens maciças de concreto com pouca armação;
– Gravidade Aliviada: tem estrutura mais leve e é desenvolvida com o objetivo de imprimir menor pressão às fundações ou economizar concreto;
– Em contraforte: ainda mais leve que a barragem de Gravidade Aliviada, concentra em uma pequena área da fundação os esforços causados pela pressão hidrostática;
– De concreto rolado ou compactado: é uma barragem de gravidade em que o concreto é espalhado com trator de esteira e depois compactado;
– Abóbada: são aquelas cujas curvaturas ocorrem em duplo sentido, ou seja, na horizontal e na vertical. Parte das pressões hidráulicas é transmitida às ombreiras por estes arcos.
Barragem de Gabião
Gabião é um muro de arrimo classificado como uma estrutura de contenção à gravidade e flexível. As estruturas de contenção são obras que visam oferecer estabilidade contra a ruptura de maciços de terra ou de rocha, evitando escorregamentos, desabamentos, rastejos, entre outros fenômenos causados pelo peso próprio ou carregamentos externos.
A barragem deve ser constituída por gaiolas metálicas formadas por fios de aço galvanizado (para que resistam às intempéries sem oxidar, podendo também, ser utilizada uma camada de PVC para maior resistência à corrosão) de malhas hexagonais com dupla torção. Estas gaiolas são preenchidas pelas pedras e organizadas manualmente ou com equipamentos mecânicos comuns. 
As gaiolas são “costuradas” continuamente por um arame, formando estruturas monolíticas que serão preenchidas manualmente com as pedras. As peças são produzidas uma a uma no local definitivo da obra.
É uma obra de pequeno porte, normalmente inferior a 10m de altura, projetada para ser parcial ou totalmente vertedoura.
Barragem de madeira
Exige madeira de boa qualidade e deve ser revestida com uma chapa de aço para garantir a vedação.