Aula 5 - Estabilidade, Patologias e segurança de barragens

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ESTABILIDADE, PATOLOGIAS E 
SEGURANÇA DE BARRAGENS
Tatiana Oliveira
BARRAGENS
SEGURANÇA EM BARRAGENS
1. ESTABILIDADE DA BARRAGEM
- Condições de segurança:
a) A fundação deve ser praticamente impermeável e os encontros devem ser
suficientemente estáveis para suportarem os esforços a que ficarão submetidos;
b) A barragem deve ter segurança quanto ao tombamento;
c) A barragem deve ter segurança quanto ao resvalamento (escorregamento) interno
e entre ela e a fundação e encontros;
d) A barragem deve ser praticamente impermeável e possuir conexões impermeáveis
com a fundação e os encontros.
- Cálculos de uma barragem de certa importância, a construção deve oferecer as
seguintes condições de estabilidade:
a) Deve resistir ao tombamento provocado pela impulsão horizontal da água;
b) A resultante da impulsão da água e do peso da barragem deve cair na base desta
ou, para maior segurança, no seu terço médio (interseção da resultante);
c) Deve resistir ao resvalamento interno, provocado pela impulsão da água;
d) Deve resistir à subpressão hidráulica;
e) Deve resistir à pressão da terra e do lodo que se depositam a montante;
f) O terreno deve resistir ao peso da barragem e oferecer condições a contrabalançar
a resultante deste com a impulsão horizontal da água (reação das fundações e apoios).
BARRAGENS
SEGURANÇA EM BARRAGENS
1.1. Procedimento de cálculos
- Usa-se como referência 1 metro linear de barragem no ponto de maior altura de
água.
- Se este tamanho resistir as forças atuantes, então todo o restante da barragem
também o terá.
a) Força da água em face de montante da barragem:
- Força da água sobre o corpo da barragem, de forma perpendicular à face de
montante, situada no centro desta face, entre a superfície da água e a base da barragem.
BARRAGENS
SEGURANÇA EM BARRAGENS
Ilustração da força F exercida pela água atuando no 
centro da face de montante da barragem
BARRAGENS
SEGURANÇA EM BARRAGENS
b) Decomposição da força atuante sobre a face de montante:
- Executa-se para serem efetuados os cálculos de resistência da barragem contra o
momento derrubador e a resultante das forças que atuam sobre o maciço de terra, para se
ter condição de avaliar sua estabilidade.
Ilustração da decomposição da força F exercida pela 
água no centro da barragem.
BARRAGENS
SEGURANÇA EM BARRAGENS
d) Cálculo do momento derrubador:
- A força total (F) atuando no ponto de aplicação (2/3 da profundidade total), tende a
tombar a barragem em torno da aresta A (interseção da face de jusante com a linha
horizontal do nível do solo) no sentido S.
Ilustração do momento derrubador atuando em torno do 
vértice A da barragem.
BARRAGENS
SEGURANÇA EM BARRAGENS
e) Cálculo do momento estabilizador:
- O peso da barragem e o peso do volume de água que encontram-se sobre a face
de montante da barragem tem o sentido da gravidade. As resultantes da figuras Trapezoidal
(maciço da barragem) e Triangular (volume de água sobre a barragem) estão nos
respectivos centros de gravidade e tendem a resistir ao momento derrubador.
- Estas forças produzem os momentos de estabilidade em relação a aresta A.
- Deve-se calcular o peso do maciço da barragem por metro de comprimento linear e
também o peso do volume de água sobre a face de montante por metro de comprimento de
barragem.
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Onde: 
W = peso do maciço (kgf)
γsolo = peso específico do solo (kgf/m³)
Vsolo = volume de solo (m³)
BARRAGENS
SEGURANÇA EM BARRAGENS
Momento estabilizador:
Distribuição dos pesos da barragem e das distância 
para determinação da estabilidade da barragem.
BARRAGENS
SEGURANÇA EM BARRAGENS
f) Cálculo da subpressão hidráulica:
- No caso de infiltração através ou por baixo do maciço, a água infiltrada está com a
mesma pressão da água do reservatório.
- Subpressão hidráuliga: o sentido da força total de baixo para cima.
- o Maciço deve ter resistência à subpressão hidráulica, evitando que o mesmo seja
levantado.
BARRAGENS
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Subpressão atuando no maciço da barragem. 
onde: 
E = comprimento da base (m)
Para a resistência a supressão hidráulica, o peso total da pequena barragem de terra
deve ser maior que 4/3 da subpressão hidráulica, ou seja:
BARRAGENS
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g) Cálculo da resultante das forças de atuação:
- Determina-se o ponto de aplicação de todas as forças que estão atuando sobre o
maciço de terra e o seu valor final.
- Este parâmetro indica a estabilidade da barragem.
- Faz-se o somatório de todas estas forças e suas respectivas distâncias em relação a
base da barragem que esta na horizontal.
Resultante na direção x: 
Rx = Fx
Resultante na direção y:
Ry = W + Fy
Onde: W = peso da barragem (kgf)
Resultante 
BARRAGENS
SEGURANÇA EM BARRAGENS
BARRAGENS
INTRODUÇÃO
h) Cálculo do Momento Resultante:
MR = ME − MD ou MR = R × r
Onde:
MR – momento resultante (kgf.m) 
ME – momento estabilizador (kgf.m) 
R – resultante (kgf) 
r – braço de alavanca da resultante (m)
i) Conclusões:
- É necessário que os resultados atendam a alguns requisitos, os quais são:
I. Se a interseção resultante for maior à 1/3 do comprimento total da barragem, esta é
estável, ou seja:
II. A obtenção da intersecção da resultante (local por onde passa a força resultante na
base da barragem): é obtido através de simplificações realizadas na equação de cálculo
desta distância. Observa-se que em função do ângulo formado entre a resultante das forças
(R) e o braço de alavanca ser de 90º, a distância de intersecção passa a ser o próprio braço
de alavanca r.
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2. DEFEITOS OU ANOMALIAS MAIS COMUM EM BARRAGENS DE TERRA
a) Galgamento (overtopping): resultado de chuvas intensas que elevam o nível d’água
acima da crista.
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b) Ruptura da Estrutura
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c) EROSÃO
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Trincas por erosão
Erosão interna e 
instabilidade do talude 
de jusante
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d) Borda livre insuficiente: poderá levar à formação de uma brecha e à ruptura da
barragem.
MANUAL - ANA
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e) Percolação não controlada
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- Medidas temporárias: construção com sacos de areia de um dique em redor do ponto
de saída, para aumentar a altura de água acima do cone e, deste modo, reduzir o potencial de
piping (o procedimento contrário, isto é, a drenagem dessa água pode aumentar o gradiente
hidráulico e induzir piping).
- Colocação sobre a zona de saída, de um filtro de areia, carregado com outro material
que evite a saída de mais material carreado.
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f) Surgências em zonas de contato do aterro com estruturas rígidas
- Pode também indicar a existência de trincas ou
orifícios nesses condutos, capazes de permitir, quando
em carga, a entrada de água sob pressão no aterro,
podendo daí resultar fenômenos de erosão interna,
eventualmente, que conduzem à ruptura da barragem.
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g) Trincas longitudinais 
- Causas prováveis
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h) Perdas da estabilidade por deslizamentos superficiais ou profundos
- Caracterizados pela formação de escarpas bem
definidas, de zonas protuberantes junto do pé do talude
(produzidas por movimentos horizontais e rotacionais da
massa do aterro) e de trincas em forma de arco.
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i) Abatimentos
- Caracterizados por terem lateralmente
uma forte inclinação, produzida pelo
cisalhamento do solo ao colapsar para o
interior do vazio subjacente
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j) Problemas de manutenção do aterro
I) Problemas no paramento de montante: pode
levar à diminuição da largura e, possivelmente, da
altura do aterro, ao aumento da percolação e à
perda local de estabilidadedo talude ou
galgamento da barragem.
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II) Problemas na proteção do
coroamento: infiltração de água pode
provocar problemas de perda de
estabilidade. A proteção inadequada do
coroamento e dos taludes também pode
resultar a formação de sulcos ou
ravinamentos, por erosão superficial. As
áreas sem vegetação ou de vegetação
esparsa são as mais suscetíveis a
problemas de erosão superficial pela
água da chuva.
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III) Vegetação desordenada
- Causas
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BARRAGENS
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IV) Deterioração por ação de animais
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k) Deteriorações ou obstruções de estruturas
hidráulicas
I) Danos estruturais: a cavitação pode
erodir o concreto das estruturas hidráulicas e
danificar equipamentos. A erosão de cavitação
costuma ser associada a irregularidades nos
canais dos vertedouros, nos blocos de bacias de
dissipação e em trampolins.
Cavitação ou pitting: processo que danifica o concreto ou 
metais através da formação de bolhas no fluxo d’água 
quando existem irregularidades na superfície de 
escoamento submetido a fluxos de alta velocidade.
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BARRAGENS
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l) Deteriorações no reservatório
- Deve-se observar, também,
proliferação de plantas aquáticas, capazes
de comprometer a qualidade da água do
reservatório, inclusive, a sua eutrofização.
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3. INSPEÇÕES EM BARRAGENS
- Inspeções realizadas por agentes com treinamento adequado e com conhecimentos
básicos sobre o funcionamento da barragem e sobre o tipo de anomalias.
- As anomalias podem ter evoluções rápidas e tornar-se causa de acidente.
- Deve-se saber quando ocorreu determinada anomalia, tendo o registro da inspeção
as indicações do que foi inspecionado, existindo ou não deteriorações.
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SEGURANÇA EM BARRAGENS
3.1. Tipos de inspeção e frequências recomendadas para inspeções de pequenas
barragens (ANA – até 15 metros de altura e volume de até 3 hm³)
a) Inspeção de rotina:
- Atividade frequente, mais rápida, observa o estado geral da barragem, detecta a
ocorrência de novas anomalias e a acompanhar a evolução de anomalias anteriores.
- Realizada em conjunto com a manutenção preventiva.
- Frequência recomendada: mensal.
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b) Inspeção regular de segurança:
- Segundo nível de inspeções, com grau de detalhe superior, com descrição de cada
um dos aspectos a inspecionar, com medição da anomalia e sua classificação em termos
históricos (nova, sem ou com evolução).
- Anota-se a prioridade de intervenção (situação de alerta ou de emergência, de
atenção, potencialmente grave e sem gravidade).
- Frequência indicada: semestral, sendo realizada no início da estação seca e outra,
no início da estação úmida (avaliação com níveis diferentes de água e condições de
vegetação).
BARRAGENS
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Estação úmida Estação seca
BARRAGENS
SEGURANÇA EM BARRAGENS
c) Inspeção especial:
- Para eventos excepcionais, especialmente grandes cheias.
- Verifica-se as condições de funcionamento do(s) vertedouro(s) e após a sua
ocorrência, realiza-se uma inspeção muito detalhada, em particular, ao vertedouro e às
zonas com ele confinantes e ao pé de jusante da barragem, com vista à detecção de
erosões.
- Frequência: eventos de cheia.
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3.2. Ficha de inspeção 
- Inspeção regular da barragem
BARRAGENS
SEGURANÇA EM BARRAGENS- Inspeção do corpo da barragem
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BARRAGENS
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3.3. Recursos necessários para realização das inspeções
BARRAGENS
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3.4. Execução das inspeções
- Deve-se identificar os tipos de deficiências que ocorrem na barragem e avaliar a
incidência dessas deficiências na segurança da barragem.
- Anomalias: borda livre insuficiente, percolação, fendilhação, perda de estabilidade
dos paramentos ou dos taludes do reservatório, depressões (recalques e abatimentos),
problemas de manutenção (proteção inadequada de paramentos, erosão superficial devido à
água das chuvas, crescimento excessivo de vegetação e buracos de animais) e deteriorações
ou obstruções de estruturas hidráulicas.
- Patologias mais graves e mais frequentes: galgamento devido à insuficiência da
borda livre, a erosão e obstruções dos vertedouros e a problemas de erosão interna.
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4. Manutenção em barragens
4.1. Tipos de manutenção
- Definição: tarefas destinadas a manter a barragem em adequadas condições de
segurança e de funcionalidade.
a) Preventiva: é efetuada correntemente, antes da ocorrência de uma anomalia.
b) Corretiva: trabalhos de reparação na sequência da detecção de deteriorações.
- As manutenções deverão ser anotadas na Ficha de Programação e Registro de
Operação e Manutenção, com esquemas e fotografias, data de intervenção, das condições
atmosféricas e dos intervenientes.
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4.2. Manutenção preventiva
- Problemas mais frequentes: deterioração do coroamento, as falhas na proteção na
zona superior do paramento de montante, as falhas na proteção do paramento de jusante, a
obstrução parcial ou total do sistema de drenagem superficial (calhas), o ravinamento dos
paramentos, o crescimento de vegetação arbustiva no coroamento e nos paramentos, a
erosão do vertedouro e da zona de saída do vertedouro e do descarregador de fundo, e a
perda de funcionalidade dos registros dos descarregadores de fundo/tomada d’água.
- Manutenção preventiva: no corpo do aterro, nas ombreiras, na zona a jusante, no(s)
vertedouro(s), no descarregador de fundo e na tomada d’água, bem como no próprio
reservatório e na bacia hidrográfica na proximidade imediata do reservatório.
- Cumprimento do Planejamento das Atividades de Manutenção Preventiva (tarefas, a
periodicidade, a época do ano mais adequada à sua realização e sua prioridade).
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SEGURANÇA EM BARRAGENS
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BARRAGENS
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Exemplo de manutenção:
a) Deterioração por ação dos animais: Cupinzeiros 
b) O que é: Presença de cupinzeiros na zona do aterro.
c) Causa mais provável do problema: Falta de erradicação 
dos cupins numa fase inicial.
d) Importância dessa manutenção: Estas perfurações
produzem o enfraquecimento do aterro e o fácil acesso
de água quando de muito grandes dimensões. Trata-se
de uma situação a resolver na primeira oportunidade,
em curto prazo.
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SEGURANÇA EM BARRAGENS
e) Como fazer?
• Eliminar os cupins
• Preencher as galerias do cupinzeiro com calda de
cimento.
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4.3. Manutenção corretiva
- Problemas mais frequentes: borda livre insuficiente, percolação, fendilhação, perda
de estabilidade dos paramentos ou dos taludes do reservatório, depressões (recalques e
abatimentos), problemas de manutenção (proteção inadequada de paramentos, erosão
superficial devido à água das chuvas, crescimento excessivo de vegetação e buracos de
animais), deteriorações ou obstruções de estruturas hidráulicas, crescimento de plantas
aquáticas e sedimentação excessiva do reservatório.
- Patologias mais graves: galgamento e com a erosão interna.
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4.4. Recursos necessários para a execução das manutenções
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4.5. Guia de procedimentos de emergência
- Objetivo: socorrer as pessoas e proteger os bens em perigo, com medidas
minimizadoras das consequências a jusante, a informação imediata dos responsáveis pela
Defesa Civil e do regulador, o aviso aos operadores das barragens a jusante e à população a
jusante e, se possível, a promoção da descida do nível da água no reservatório.
a) Situações de alerta e de emergência
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SEGURANÇA EM BARRAGENS- Mais relevantes: cheias causadas por precipitações intensas, sendo uma situação
de alerta sempre que a borda livre de projeto não está garantida, ou sempre que esta é
inferior a 1 m, ou ocorre ou está prevista a ocorrência de precipitação de grande intensidade
na bacia hidrográfica da barragem com o nível da água no reservatório próximo do nível
máximo normal.
- Situação de emergência: sempre que ocorre, em qualquer local e com qualquer
lâmina de água, galgamento da barragem.
- Situação de alerta e de emergência em qualquer das barragens a montante deve
corresponder a uma situação de alerta e de emergência na barragem em análise.
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b) Procedimentos em situações de alerta e emergência
- Eventos naturais extremos (chuvas intensas e cheias, etc.):
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- Situações de alerta ou emergência da barragem de montante:
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- Problemas de manutenção:
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c) Telefones de contato para os casos de alerta e emergência
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d) Local de observação e equipe de gestão
- Local seguro que permita a visualização do vertedouro, do coroamento, do
paramento de jusante e da zona a jusante da barragem, designado por Local de
Observação, onde deverá permanecer em situação de alerta a equipe responsável pela
gestão da situação de alerta e de emergência.
- Equipe coordenada pelo elemento de ligação da Defesa Civil ou pelo responsável
do empreendedor, deverá recolher informações sobre a situação, coordenar as ações
previstas, mobilizar os recursos e manter a comunicação com os agentes envolvidos no
controle da situação de emergência (centros operacionais de Defesa Civil, Entidades
Fiscalizadoras e responsáveis pela operação das barragens a montante e a jusante).
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SEGURANÇA EM BARRAGENS
e) Condições de acesso à barragem
- Em emergência, a execução com sucesso de ações previstas pode depender de
diversos fatores, em função da possibilidade de a equipe operacional chegar rapidamente e
em segurança ao local para avaliar as condições operacionais e proceder a ações de alerta,
caso necessário, e do transporte para o local da barragem de material e de equipamento
necessário para proceder a intervenções de emergência consideradas indispensáveis.
- Garantir o acesso à barragem, sempre que possível, por ambas as margens do rio,
com mapa com localização dos acessos rodoviários e a indicação da influência das cheias
(ruptura da barragem?).
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