Barragem de concreto-2

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DAMIÃO D. C. NASCIMENTO 7084566541
 ERICK CARECHO 7627698976
 LUCIANO SILVEIRA	 7251622880
 SIDERLEY SILVA DE PAULA 3715672343
 VANALDO ALVES DE LIMA 7093585294
ENGENHARIA CIVIL – 9°/10°
BARRAGEM DE CONCRETO
Anhanguera Jundiaí
2017
	
DAMIÃO D. C. NASCIMENTO 7084566541
 ERICK CARECHO 7627698976
 LUCIANO SILVEIRA	 7251622880
 SIDERLEY SILVA DE PAULA 3715672343
 VANALDO ALVES DE LIMA 7093585294
ENGENHARIA CIVIL – 9°/10°
BARRAGEM DE CONCRETO
Trabalho apresentado à Faculdade Anhanguera de Jundiaí para o aproveitamento na disciplina de Grandes Estruturas sob a orientação da Professora Renata Camargo.
Anhanguera Jundiaí
2017
lista de figuras
Barragem do Chança	10
Barragem de Itaipu	 12
Barragem de Roseland	14
Barragem do Funil	15
Sumário
1. introdução	05
2. Barragem de concreto	08
2.1 Barragem de gravidade	08
2.2 Barragem de gravidade aliviada 	10
2.3 Barragem de contraforte	12
2.4 Barragem abobadada	14
2.5 Patologia em barragens	15
CONCLUSÃO	18
referências bibliográficas	19
1 INTRODUÇÃO
Acompanhando os estudos de Costa (2012) ao abordar o contexto histórico das barragens, percebemos que seu aparecimento se deu em torno de 3000 a.c. No mundo antigo as principais motivações para a construção eram: proteção contra inundações e armazenamento de água visando os períodos de estiagem. A exemplo têm-se os problemas de enchente sofridas pela população da Mesopotâmia localizada entre os Rios Tigre e Eufrates e a população do Egito com as inundações provocadas pelo Rio Nilo; outra nação pioneira na construção de barragens foi a China motivada pelos mesmos propósitos. Considerando as construções com algum nível de conhecimento em engenharia, a mais antiga foi constituída de alvenaria e aterro de barro no Deserto Negro da Jordânia (3000-4000 a.c.). Evoluindo neste sentido o autor nos mostra que: 
Em relação à conformação dos barramentos verifica-se que em 100 d.C foi construído pelos romanos a primeira em concreto, encontrada em Ponte di San Mauro-ITA. A primeira barragem tipo contraforte foi construída por engenheiros bizantinos datado em 550 d.C, nas proximidades da atual fronteira turco-síria. Além desta, a primeira barragem arco conhecida é datada em 1280 d.C por Il-Khanid perto da cidade antiga de Quam no Irã (antiga Pérsia) na região do golfo pérsico. (CULLEN, 1964)
No Brasil, considerando a época do império e o princípio da república temos: A Barragem de Cedro no estado do Ceará (1873-1906) e a Barragem de Apipucos onde hoje é a região da Grande Recife em Pernambuco, datada do final do século XVI antes da invasão dos holandeses.
Estruturalmente falando, barragem é uma construção orientada transversalmente ao sentido de escoamento de água que se destina a reter a mesma gerando um grande reservatório. M. Marangon (2004) nos mostra que as barragens podem ser classificadas em diferentes tipos em função do objetivo, do projeto hidráulico e do material construtivo empregado. Neste sentido temos barragens de terra, concreto e enrocamento. Este tipo de construção pode atender a vários propósitos, os principais são: 
· Aproveitamento na geração de energia hidroelétrica
· Abastecimento de água residencial e industrial
· Irrigação
· Controle de inundações
· Nivelamento das vazões de água para fins de navegação
Com relação aos elementos de composição as barragens são formadas por:
· Paramentos: São as superfícies de orientação próximas da verticalidade que limitam o corpo da barragem.
· Encontros: é a denominação das superfícies laterais de contato com a margem do vale.
· Fundação: Trata-se da superfície inferior que tem contato com o fundo do vale.
· Descarregador de cheia: Parte hidráulica responsável pela descarga do excesso de água na albufeira em períodos de maior volume de água.
· Tomadas de água: Parte hidráulica que extrai a água da albufeira para utilização.
· Descarregador de fundo: Parte hidráulica que serve para esvaziar a albufeira e para a manutenção do caudal ecológico.
· Eclusas: Ajusta o desnível de água da barragem favorecendo a navegação fluvial.
· Escada de peixes: Ajusta o desnível de água para a passagem de peixes.
· Vertedouro: Tem como função descartar a água em excesso que se deposita nos reservatórios em períodos de chuva.
O presente trabalho no discorrer do corpo do texto trará como foco as barragens que tem no concreto o seu material construtivo e suas peculiaridades. Elas se dividem em: 
· Barragem de gravidade: são constituídas por betão ou seja uma parede de concreto com uma tela de metal no meio que resiste a impulsão da água pelo peso próprio.
· Barragem de gravidade aliviada: Com estrutura mais leve é projetada com o objetivo de passar menos pressão às fundações e/ou economizar concreto.
· Barragem contraforte: Constituída por uma parede reforçada com contrafortes do lado oposto da água. A água empurra a parede mas os contrafortes inflexíveis seguram a barragem. Estas barragens podem ser planas ou em curvas. Representam uma boa escolha para vales largos, contudo, tem alto custo.
· Barragens abobadadas: As paredes tem curvatura em dois sentidos, na horizontal e vertical ao mesmo tempo, são projetadas para transmitir as pressões hidráulicas para os ombreiros.
2 BARRAGEM DE CONCRETO
	De acordo com Gungstein (2011) a construção de uma barragem de concreto é uma atividade multidisciplinar e envolve atividades de hidrologia, hidráulica, mecânica das rochas e engenharia das estruturas. Para utilização deste material construtivo abre-se a possibilidade de cinco soluções construtivas que são: barragens de gravidade, de gravidade aliviada, de contraforte, arco-gravidade, arco e contraforte. A utilização do concreto em projetos de aproveitamento hidráulico já tem mais de um século de uso o que empiricamente fornece dados confiáveis sobre o comportamento do material, contudo, Marques Filho(2005) nos alerta que:
Em todas estas soluções estão associados volumes expressivos de concreto, gerando preocupações quanto a fissuração gerada pelos fenômenos termogênicos da hidratação do cimento, cujos malefícios são potencializados na presença da água do reservatório. Na evolução do concreto para utilização em estruturas de grande porte surgiu o conceito de concreto massa, que exige medidas para controlar a geração de calor e a 66 variação de volume decorrente, a fim de minimizar a sua fissuração (CBGB et al., 1989; PACELLI DE ANDRADE et al., 1997, apud MARQUES FILHO, 2005, pg. 3).
2.1 BARRAGEM DE GRAVIDADE
O que garante a estabilidade das barragens de gravidade são os esforços da gravidade, em outras palavras seu peso próprio. Os estudos de Marques e Carvalho (2013) nos mostram que este tipo de barragem assume um perfil triangular o que visa evitar sobrecarga da barragem ou da fundação. De acordo com Gungstein (2011) levando em consideração a complexidade e as atividades multidisciplinares o perfil tem que garantir que as tensões atuantes não ultrapassem os limites estabelecidos e garantam a estabilidade do corpo da barragem em frente ao deslizamento da fundação.
O processo de construção é de grande complexidade e precisa de um adequado controle de qualidade, com sondagens e investigações geotécnicas precisas. Nestas obras normalmente se tem um cronograma com tempo apertado, alto custo, dificuldades de execução e a necessidade de uma cuidadosa escolha de materiais, inclusive levando em consideração o clima, a distância do local da obra e a perda de calor de hidratação.
De acordo com Barros et al. (2011), apud Marques e Carvalho (2013), as barragens deste tipo são classificadas, em termos estatísticos, levando em consideração a sua altura estrutural. Assim, obedecendo os critérios definidos por U.S. Bureau of Reclamation tem-se:
· Barragens baixas: Até 30 m de altura
· Barragens médias: 30-90 m de altura
· Barragens altas: Acima de 90 m de altura
Os concretos mais utilizados naconstrução são os concretos massa e os concretos compactados com rolo. Marques Filho (2005) nos mostra que a evolução pertinente ao concreto utilizado em barragens trouxe a diminuição no consumo de cimento e um melhor desenvolvimento de critérios de dosagem e controle de qualidade.
	Para Funahashi e Kuperman (2010, p.2):
Os parâmetros básicos que influenciam no projeto e na análise de estruturas de concreto massa em geral são: tipo de cimento (calor de hidratação do cimento); consumo de cimento por m³ de concreto (elevação adiabática da temperatura do concreto); litologia do agregado (difusividade térmica); temperatura ambiente; temperatura de lançamento do concreto fresco; geometria da estrutura de concreto; altura das camadas de concretagem; intervalo de lançamento das camadas de concretagem e transmissão superficial de temperatura (tipo de cura e fôrmas).
	O autor nos ensina ainda que o grande desafio no trabalho com o concreto massa é maximizar a espessura das camadas do concreto e minimizar o tempo de lançamento entre elas de modo a não ocorrer ou diminuir o quadro de fissuras. Com relação ao concreto compactado com rolo, ele surge como uma inovação no trabalho do concreto massa; por este modo com o trabalho de equipamentos de terraplanagem o processo de construção de barragens se tornou mais dinâmico e consequentemente com construção mais rápida.
	Com relação as características gerais de um projeto e o comportamento quando usada esta técnica, pode-se afirmar que é próxima do concreto tradicional.
	Não existe uma aplicação padrão que sempre é utilizada. Os estudos de cada região, seus recursos e necessidades influenciam na técnica, nos custos, no tipo de controle e na execução dos projetos das barragens.
 
[footnoteRef:1] Barragem do Chança-Portugal [1: Barragem do Chança-Portugal. Imagem disponível em: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Barragem_do_Chan%C3%A7a.JPG. Acesso em: 08 nov.2017.] 
2.2 BARRAGEM DE GRAVIDADE ALIVIADA
Nesse tipo de barragem a estabilidade é assegurada pela largura de sua base e pelo seu próprio peso, daí o nome gravidade. Pelo mesmo motivo, a barragem deve ser maciça, com o material construtivo apresentando densidade elevada. As barragens de concreto são feitas em vales apertados pois a resistência do concreto tem algumas limitações relativamente ao comprimento da barragem. Apesar de muito resistentes, estas barragens são também muito vulneráveis a certos tipos de situações. Se houver algum erro de projeto e a barragem fender pode ter consequências catastróficas. Já numa situação de galgamento pela água da albufeira não é tão prejudicial.
A característica das barragem de gravidade aliviada é que são mais sensíveis a problemas de deslizamento, pelo seu menor peso e uma alternativa que pode economizar em torno de 25 a 40% de concreto em relação à barragem concreto-gravidade; com isso diversas soluções são propostas para otimizar as seções transversais:
• execução do parâmetro de montante inclinado de modo a utilizar- se a componente vertical da pressão hidrostática para o equilíbrio da estrutura;
• execução de cavidades junto à fundação de modo a reduzir o volume de concreto e reduzir a sub pressão;
• diminuição de espessura dos blocos e aumento da distância entre eles;
• execução de pilares isolados ou ocos.
Porém requer fundações específicas e, em alguns casos, extenso tratamento subterrâneo, sua viabilização está diretamente ligada aos aspectos geológicos do local a ser construída. Um exemplo bastante conhecido de barragem de gravidade aliviada é Itaipu.
 
 [footnoteRef:2] Barragem de Itaipu [2: Barragem de Itaipu. Imagem disponível em: www.cataratasdoiguacu.com.br. Acesso em: 08 nov.2017.] 
2.3 BARRAGEM DE CONTRAFORTE
As barragens de contraforte caracterizam-se por serem constituídas por uma sucessão de contrafortes de perfil triangular, sobre os quais apoia-se uma cortina de retenção formada por placas, apoiadas ou contínuas, podendo ser abobadadas de simples ou dupla curvatura ou por um alargamento da face de montante do contraforte. A cortina plana deve de preferência ser constituída por placas sobre dois apoios a fim de evitar o risco de aparecimento fissuras do lado de montante.
Podemos separar a barragem de contraforte em 4 tipos diferentes que seriam: barragem de contraforte com cortina plana, barragem de contraforte de abóbodas múltiplas, barragem de contraforte de cúpulas múltiplas e barragem de contraforte de cabeça maciça.
De acordo com as condições do local a placa de fundação poderá ser contínua ou constituída por trecho independentes, a construção com grandes distâncias entre os contrafortes e parede espessas oferece condições favoráveis de impermeabilidade e resistência aos ataques de agentes atmosféricos, no caso de grandes oscilações de temperatura são preferíveis as construções leves com paredes delgadas, os contrafortes devem ser projetados de modo que a ruptura de um elemento de construção não venha afetar ou causar danos nos trechos próximos, que nesse caso em específico construídos contrafortes duplos germinados.
Olhando com vista lateral os contrafortes tem na sua maioria formato triangular, devendo sempre evitar cantos vivos para que favoreça a distribuição de tensões em seu interior. Para aumentar a segurança contra flambagem em barragens de grande altura os contrafortes podem ser ocos ou enrijecidos por nervuras verticais. As cabeças dos contrafortes que tenham a face para de montante curva ou poligonal, devem ser projetadas de forma que a pressão da água seja transferida ao contraforte sem momento fletor. 
Nas contrafortes abobadadas a partir de 20 metros abaixo do nível de represamento o angulo central das abobadas deve aproximar-se de 130º pois devido a pressão hidrostática acima desse trecho tende a diminuir. Nas barragens de abóbodas múltiplas deve-se sempre projetar garantindo a cooperação estática entre os contrafortes e as abóbodas, que devem terminar na parte inferior num bloco de fundação.
Na parte inferior da barragem os blocos de fundação recebem a transmissão do fluxo de força gradualmente entre os contrafortes e a fundação suavizando essas forças. Como o recalque da fundação cresce com o aumento da carga é necessário para as barragens de grande alturas carregar o subsolo com blocos isolados. A segurança quanto ao escorregamento dos contrafortes e da placa de fundação deve ser cuidadosamente assegurada pelo encaixe eficiente da jusante na rocha sã. No caso de grande variação da temperatura e conveniente colocar uma parede para proteção térmica à jusante.
No projeto deve-se sempre prever uma eliminação de eventuais tensões de tração no pé da cortina e no contorno do contraforte, aberturas no contrafortes só poderão ser admitidas a uma distância suficiente das faces de montante e de jusante, e deverão ter formatos convenientes e armadura a fim de evitar concentração de tensões. 
 
 [footnoteRef:3] Barragem de Roseland-França
 [3: Barragem de Roseland-França. Imagem disponível em: https://en.wikipedia.org/wiki/Buttress_dam Acesso em: 08 nov.2017.] 
2.4 BARRAGEM ABÓBADA
Barragem de arco, é um dos dois tipos de barragens de betão, esse tipo de barragem é construída geralmente em vales mais apertados, podendo desta forma ter a altura maior que a largura. A dupla curvatura, vertical e horizontal transmite à força da impulsão da água da albufeira (lago artificial criado por uma barragem) das margens.
De acordo com pesquisa realizada por Sarmento (2010), as barragens abóbadas são estruturas de betão em massa com curvatura em planta e em altura, com a convexidade voltada para montante, por forma a que para as ações principais (peso próprio, pressão hidrostática e variação térmica) não ocorram esforços de tração significativas: desta forma tira-se fator da resistência do betão à compressão ser substancialmente superior a sua resistência de tração. Devido ao efeito de arco, o peso próprio e o impulso hidrostático são transmitidaspara as encostas através de um campo de tensões caracterizadas por tensões de compressão aproximadamente perpendiculares às encostas.
Existem barragens de curvatura simples (apenas em planta) e de dupla curvatura (em planta e em altura): nestas obras a espessura é em geral, reduzida podendo contudo classificar-se como esbeltas, pouco espessa ou espessa. Estas barragens podem atingir altura bastante elevadas, sendo aconselhada a sua escolha para regiões com vales acentuados em maciços rochosos de boa qualidade (maciço de fundação com elevada resistência).
[footnoteRef:4] Barragem do Funil -RJ [4: Barragem do Funil. Imagem disponível em: www.viafanzine.jor.br Acesso em: 08 nov.2017..] 
2.5 PATOLOGIAS EM BARRAGENS
	Como em todas as obras de construção civil as barragens também estão sujeitas ao aparecimento de patologias. Estes problemas podem surgir em qualquer fase construtiva, desde o planejamento até a execução/utilização. Não diferente da realidade de muitos empreendimentos construtivos, Zuch (2008) relata que a prioridade é voltada ao preço e prazo da obra, deixando a mão obra e os critérios de escolha de um bom material em segundo plano, o que favorece o aparecimento de patologias.
	O quadro patológico dependerá da conjunção de vários fatores e o autor descreve que os principais são: a erosão que é causada pela passagem do fluxo de água nas estruturas através dos mecanismos de cavitação e abrasão favorecendo também o aparecimento de outras patologias; as ações deletérias em especial a reação álcali agregado e a fissuração.
A reação álcali agregado (RAA) é um das mais importantes pois compromete a estabilidade e durabilidade da estrutura. Trata-se de uma reação lenta, podendo levar anos para que estes sintomas sejam percebidos, que ocorre entre íons alcalinos advindos do cimento e alguns minerais reativos presentes nos agregados, que na presença de água gera um gel expansivo, podendo resultar na fissuração do concreto devido às tensões internas de tração decorrentes da expansão. O padrão da fissura formada nesta reação é irregular, atribuindo-se o termo de fissuras mapeadas.
A fissuração decorrente da RAA torna-se um caminho para o ingresso de agentes agressivos para o interior do concreto ou, no caso de barragens, para a percolação de água através do concreto, o que não é desejável.
Entre os principais fatores que influenciam o desencadeamento da reação, citam-se o consumo de cimento no concreto e o teor de álcalis do cimento, a contribuição do íon alcalino proveniente de outras fontes (aditivos, adições, sal, água do mar), a quantidade, a dimensão e a reatividade dos constituintes reativos presentes nos agregados utilizados, a presença de umidade na estrutura de concreto e a temperatura ambiente, isolando um ou mais dos fatores necessários para que a reação ocorra é possível controlar a expansão decorrente do mesmo. A correção desta patologia depois de constatada em uma estrutura é de grande dificuldade, pelo qual as principais ações para evitar seu aparecimento devem concentrar-se em medidas mitigatórias, que objetivem evitar sua manifestação.
Dentre as medidas existentes, o uso de adições pozolânicas na produção do concreto mostra-se muito eficaz, esta medida é recomendada pela ABNT NBR 15577:2008. Para isso, são usadas sobretudo a cinza volante e a escória de alto forno, disponíveis nos cimentos CP IV e CP III, respectivamente. Recentemente, outras adições vêm ganhando destaque, como a sílica ativa e a cinza de casca de arroz (CCA), mas na maioria das vezes o custo benefício não é alcançado com o uso destes materiais.
De acordo com Zuch (2008), algumas soluções encontradas para as principais patologias são:
Erosão por abrasão
Aplicação de argamassa epoxidica com ponte de aderência de resina epóxi e também concreto convencional.
Erosão por cavitação
Tem variação de um caso a outro, dependendo da situação pode-se construir um aerador e um dispositivo anti-vórtice e em outras situações, fazer uma blindagem do concreto com graute, calda de cimento e resina epóxi.
Reação de álcali agregado
O ideal e mais econômico é o trabalho com materiais que evitem o seu aparecimento, contudo, uma vez já instalada, pode-se injetar nas físsuras calda de cimento, superplastificante e sílica ativa e dependendo da localização da patologia na barragem, o uso de fibra de polipropileno.
Trincas e físsuras
Envolve limpeza, remoção e recolocação do concreto e das armaduras danificadas. Dependendo da dimensão e profundidade ainda será necessário uma análise detalhada e criatividade técnica.
CONCLUSÃO
	A barragem de concreto apresenta grande durabilidade que pode ser considerado um bom diferencial, o concreto traz um longo histórico de aplicação o que faz com já se espere suas reações, contudo, elas são caras e necessita-se de muito cuidado na execução em função da perda de calor de hidratação do material.
A escolha entre os módulos de execução vai em função das características dos vales onde serão instaladas e de estudos multidisciplinares envolvendo atividades de hidráulica, mecânica das rochas, hidrologia e engenharia das estruturas. 
	Em resumo, o uso do concreto para a atividade é confiável e de longa data e entre os problemas, deve-se atentar que 75% dos casos estão relacionados com falhas na fundação.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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BENEVOLO, Nahul. IX Seminário nacional de Grandes Barragens:Diretrizes para o projetos de barragens de concreto. Disponível em: <http://www.cbdb.org.br/documentos/site/1973/Dirtrizes_para_Projetos_Barragem_Concreto%20-%2025-09-07.pdf> . Acesso em: 08 nov.2017.
COSTA, Lawrence. Francisco.Barragens:Conceitos, especificações e usos. Disponível em:<http://repositorio.favip.edu.br:8080/bitstream/123456789/1404/1/tcc-lawrence.pdf>.Acesso em: 08 nov.2017.
FREITAS, Karen. Apontamentos de aula-Patologia e Recuperação das Construções.2017.
FUNAHASHI JÚNIOR, E. I.; KUPERMAN, S. C. Estudo de tensões térmicas em vertedouro de pequena central hidrelétrica. Trabalho apresentado no VII Simpósio sobre Pequenas e Médias Centrais Hidrelétricas, São Paulo, 2010.
GUTSTEIN, D. Projeto de Estruturas de Barragens de Gravidade de Concreto por meio de Métodos Computacionais: Visão Geral e Metodologia. 291 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil). Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2011.
MARQUES FILHO, J. Maciços experimentais de laboratório de concreto compactado com rolo aplicado às barragens. 247 f. Tese (Doutorado em Construção Civil), Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2005.
M.Marango, D. Sc. Tópicos em Geotécnia e Obras de terra. 2004. Disponível em : <http://www.ufjf.br/nugeo/files/2009/11/togot_unid05.pdf>. Acesso em: 08 nov.2017. 
SARMENTO, Pedro. F. Q. Utilização de modelos de elementos finitos tridimensionais no cálculo estrutural de barragens de betão.2010. Disponível em: <http://docplayer.com.br/6515371-Utilizacao-de-modelos-de-elementos-finitos-tridimensionais-no-calculo-estrutural-de-barragens-de-betao.html >. Acesso em: 08 nov.2017.
THOMAZ, Eduardo. C. S. Barragens de concreto em abóbada com dupla curvatura. Disponível em: <http://aquarius.ime.eb.br/~webde2/prof/oethomaz/barragem/barr_abob04.pdf> . Acesso em: 08 nov.2017.
ZUCH, Roberto Arsego. Manifestações Patológicas nas Estruturas em Concreto de Usinas Hidrelétricas: Levantamento de Ocorrências e Estratégias de Reparo Utilizadas. 2008. Disponível em: < https://www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/78283/000897131.pdf?sequence=1>. Acesso em: 08 nov. 2017.