Geologia de Barragens

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Universidade de Pernambuco
Escola Politécnica de Pernambuco
Engenharia Civil
	
Fundamentos de Geologia
GEOLOGIA DE BARRAGENS
Douglas Azevedo
Elton Nóbrega
Filipe Tinôco
Francisco Diogo
Vicente Augusto
RECIFE (PE)
2011
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Douglas Azevedo
Elton Nóbrega
Filipe Tinôco
Francisco Diogo
Vicente Augusto
GEOLOGIA DE BARRAGENS
Trabalho acadêmico para obtenção de nota na segunda unidade na disciplina Fundamentos da Geologia, lecionada pela professora Dra Kalinny Lafayette
RECIFE (PE)
2011
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RESUMO
O estudo teve como objetivo a pesquisa dos principais tópicos envolvidos no estudo, planejamento e construção de barragens. Os principais processos envolvidos para a construção de uma barragem foram abordados de forma teórica no desenvolvimento. Pesquisas foram realizadas utilizando os meios eletrônicos, livros e estudo de caso.
SUMÁRIO
	
	INTRODUÇÃO
	4
	
	
	
	1
	FINALIDADE DE UMA BARRAGEM
	5
	
	
	
	2
	ELEMENTOS DE UMA BARRAGEM
	8
	
	
	
	3
	TIPOS DE UMA BARRAGEM
	11
	
	
	
	3.1
	BARRAGENS DE CONCRETO
	11
	
	
	
	3.1.1
	BARRAGENS DE GRAVIDADE
	12
	
	
	
	3.1.2
	BARRAGENS EM ARCO
	13
	
	
	
	3.1.3
	BARRAGENS EM CONTRAFORTES
	15
	
	
	
	3.2
	BARRAGENS DE TERRA
	16
	
	
	
	3.2.1
	BARRAGEM DE TERRA HOMOGÊNEA
	17
	
	
	
	3.2.2
	BARRAGEM ZONADA
	18
	
	
	
	4
	PLANEJAMENTO
	20
	
	
	
	4.1
	TOPOGRAFIA
	21
	
	
	
	4.2
	MAPEAMENTO GEOLÓGICO
	23
	
	
	
	4.3
	ESTUDO HIDROLÓGICO
	24
	
	
	
	4.4
	ORÇAMENTO E CUSTO
	27
	
	
	
	4.4.1
	Meio físico
	28
	
	
	
	4.4.2
	Meio biótico
	28
	
	
	
	4.4.3
	Meio antrópico ( humano)
	29
	
	
	
	4.5
	SEGURANÇA
	29
	
	
	
	5
	BACIA DE RECPÇÃO
	31
	
	
	
	6
	ESTUDO DE CASO
	32
	
	
	
	
	CONCLUSÃO
	43
	
	
	
	
	REFERÊNCIA
	44
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INTRODUÇÃO
As barragens são elementos indispensáveis em uma sociedade. Civilizações antigas já dominavam algumas técnicas de armazenagem de água.
Desde que o homem deixou de ser nômade para se estabelecer em sociedade, ter fontes de água que atendessem às necessidades foi se tornando cada vez mais importante. Em locais onde não haviam rios perenes, os homens tiveram que encontrar meios para assegurar o abastecimento aos longos períodos de estio e seca.
A revolução industrial fez com que as técnicas de armazenagem de água passassem por uma modernização, tanto para atender as máquinas a vapor, como para atender os interesses do consumo humano, conseqüência das migrações do homem do campo para a cidade.
Desde então nem só para consumo humano uma barragem se faz necessário; os mais diversos processos de produção fizeram com que a indústria utilizassem as barragens não só como geratriz, mas como local para armazenamento de resíduos da linha de produção.
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FINALIDADE DE UMA BARRAGEM
As barragens são feitas para armazenar a maior quantidade de água possível, seja pluvial ou até mesmo fluvial. As duas principais finalidades de uma barragem são para abastecimento de água em áreas residenciais, industriais, agrícolas, e para geração de energia elétrica ( nas chamadas usinas hidroelétricas – ex.: Itaipu, Paulo Afonso, Tucuruí). Atualmente há também a concepção para aproveitar o potencial da região alagada para desenvolver a pesca (piscicultura) nas comunidades ribeirinhas e até mesmo como turismo e esporte.
Hidrelétrica de Itaipu. Fonte: http://www.itaipu.gov.br)
Atrás da finalidade de acúmulo de água pode haver motivos mais relevantes para a concepção de uma barragem, tais como:
Controle de cheias – devido à ocupação humana e à degradação da bacia às vezes há necessidade de reter temporariamente grandes volumes de água para evitar inundações;
Rejeitos de minerações – estas barragens servem para conter as águas provenientes das minerações, a fim de evitar que as substâncias químicas invadam os mananciais;
Correção torrencial – embora de pequeno porte destinam-se a mudar o regime do rio, diminuindo sua velocidade que é causadora de erosões;
Conservação de água – destinam-se a armazenar as águas pluviais ficando com uma reserva apta para qualquer período de carência de água;
Controle de poluição – para captação de resíduos, geralmente anexadas na barragem principal, com a finalidade de desviar uma parcela e estabelecer uma qualidade melhor ao final do curso;
Navegação – proporcionando navegabilidade em uma região para facilitar o transporte;
Vista aérea de barragem para rejeitos. Fonte: http://www.lapes.ufrgs.br
Barragem para rejeitos com revestimento de lona. Fonte: http://www.lapes.ufrgs.br
Foto de uma barragem hidrelétrica Fonte: http://www.eletrobras.com
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ELEMENTOS DE UMA BARRAGEM
Paramentos – as superfícies mais ou menos verticais que limitam o corpo da barragem: o paramento de montante, em contato com a água, e o paramento de jusante;
Encontros – as superfícies laterais de contato com as margens do vale;
Fundação – a superfície inferior de contacto com o fundo vale;
Descarregador de cheia – o órgão hidráulico para descarga da água em excesso na albufeira em período de cheia;
Tomadas de água – os órgãos hidráulicos de extração de água da albufeira para utilização;
Descarregador de fundo – o órgão hidráulico para esvaziamento da albufeira ou manutenção do caudal ecológico a jusante da barragem;
Eclusas – órgão hidráulico que permite à navegação fluvial vencer o desnível imposto pela barragem;
Escada de peixes – órgão hidráulico que permite aos peixes vencer o desnível imposto pela barragem;
Vertedouro - O vertedouro serve para escoar a água em excesso que chega ao reservatório durante o período de chuvas;
Necessidade de núcleo central: Quando o solo original não for de boa qualidade, deve ser construído um núcleo central no maciço com material granular adequado trazido de outro local, para evitar a infiltração de água pelo corpo da barragem.
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	As figuras a seguir representam os principais elementos de uma usina hidrelétrica:
	1. Reservatório ou lago: Surge quando a água do rio é represada pela construção de uma barragem.
2. Barragem: É uma estrutura construída no leito de um rio, permitindo acumular água. Pode ser de terra, enrocamento, alvenaria ou concreto.
3. Vertedouro: Permite o controle do nível da água do reservatório, principalmente em períodos de cheias. Pode ter ou não comportas.
4. Tomada d’água: É a estrutura que permite a condução da água do reservatório para adução das turbinas. Equipada com comportas de fechamento e grades de proteção.
5. Conduto Forçado: É a canalização que conduz água, sob pressão, para as turbinas. Podem ser externos ou subterrâneos.
6. Casa de Força: Local de onde se opera a usina e estão localizados os grupos turbo-geradores e auxiliares.
7. Canal de Fuga: Local de saída da água após movimentar as turbinas.
8. Subestação: Recebe a energia elétrica gerada na usina, transformando-a em alta tensão, para que possa ser transportada pelas linhas de transmissão a grandes distâncias.
9. Turbina: É uma roda com pás. A água faz a turbina girar ao atingi-la, transformando energia hidráulica em energia mecânica.
10. Gerador: Está acoplado mecanicamente à turbina. A energia mecânica disponível no eixo da turbina é transformada em energia elétrica pelo gerador.
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TIPOS DE BARRAGEM
Dependendo do material de construção, as barragens podem ser classificadas em dois grandes grupos:
- barragens de concreto
- barragens convencionais de terra e/ou enrocamento
As barragens de concreto são aquelas construídas essencialmente com materiais granulares produzidos artificialmente aos quais se adicionam cimento e aditivos químicos.
As barragens de terra e/ou enrocamento são aquelas construídas com materiais naturais tais como argilas, siltes e areias ou com materiaisproduzidos artificialmente tais como britas e enrocamentos.
3.1-BARRAGENS DE CONCRETO
Os tipos mais comuns destas barragens são:
- barragem de concreto gravidade
- barragem de concreto em arco
- barragem de contrafortes
Estas barragens podem ser construídas com concreto armado ou com concreto rolado.
As barragens construídas em concreto armado utilizam formas, armação e lançamento de concreto semelhantes à construção de outras estruturas civis tais como pontes e outras.
As barragens construídas em concreto rolado (ou compactadas a rolo - CCR) utilizam concreto com traço especial (seco), lançado e compactado com os mesmos equipamentos utilizados na construção de barragens de terra e enrocamento. Exigem fundações e ombreiras em maciços rochosos.
3.1.1-BARRAGENS DE GRAVIDADE
As barragens de gravidade são um dos dois tipos de barragens de concreto. São constituídas por uma parede de concreto que resiste pelo próprio peso à impulsão da água e transmite as solicitações à fundação. 
Possui estabilidade devido ao peso e largura da base adequada à resistência da fundação. Os principais esforços atuantes são: peso do concreto, pressão da água no paramento de jusante, pressão da água no paramento de montante, peso da água no paramento de jusante e sub-pressão. Essas forças podem causar rupturas de tombamento ou de deslizamento, sendo o deslizamento o mais comum.
Uma barragem resiste a todas as forças através do seu peso, daí o nome gravidade. Em consequência a barragem deve ser maciça com o material construtivo apresentando densidade elevada.
http://pt.wikipedia.org/wiki/Barragem_de_gravidade
http://www.em.ufop.br/deciv/departamento/~romerocesar/Aula5PPT.pdf
3.1.2-BARRAGEM EM ARCO
A forma em curva faz com que as pressões sejam transferidas para as ombreiras. É um tipo de barragem que exige grande escavação para atingir a rocha sã e para garantir geometria adequada. A estabilidade depende da geologia, principalmente das descontinuidades.
Podem ser curvas só em planta ou planta e perfil (duplo arco). São inseridas em vales estreitos ou gargantas (canyons) e as fundações e ombreiras terão que ser de rocha sólida e muito compacta, pois parte do impulso é transmitido para as ombreiras devido à ação do arco da secção. 
O consumo de concreto é muito menor do que nas do tipo gravidade de igual altura e consequentemente o custo é menor. Contudo exige pessoal altamente especializado, em razão de rigor no projeto e no controle da obra, o que lhe reduz a vantagem adquirida no volume de concreto. Este tipo de barragens não utiliza a soleira normal para descarregador em razão da sua pouca espessura. Em seu lugar é utilizado a tulipa, de construção cara, funcionamento hidráulico deficiente e limitada para vazões pequenas. Também são utilizadas, como descarregadores, orifícios, abertos na barragem, normalmente comandados por comportas. 
As forças que atuam numa barragem em arco segundo (Costa & Lança, 2011) são: 
a) Impulso Horizontal; 
b) Altura das ondas; 
c) Forças sísmicas; 
d)Pressão ascensional. 
http://www.scribd.com/doc/12293332/Energia-Hidroelectrica
http://www.scribd.com/doc/12293332/Energia-Hidroelectrica
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3.1.3-BARRAGEM EM CONTRAFORTES
Também é uma barragem de concreto e possui estrutura semelhante à barragem de gravidade, porém com o uso de contrafortes para suavizar a estrutura. Gera um aumento de compressão na fundação.
Exige maior tratamento das fundações, como tirantes e injeção de calda de cimento. Possibilita uma maior economia de concreto, mas necessita controle geológico maior.
http://www.em.ufop.br/deciv/departamento/~romerocesar/Aula5PPT.pdf
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3.2-BARRAGENS DE TERRA
A grande vantagem da barragem de terra é que a mesma não é exigente ela molda-se a quase todas as fundações e, com modernas técnicas de mecânica dos solos e terraplanagens, aceita uma enorme variedade de solos. Existem barragens de terra com mais de 3km de extensão e com mais de 200m de altura. Segundo Costa, 2001, a grande vantagem das barragens de terra sobre as outras é que podem ser construídas sobre quase todo tipo de fundação. São relativamente baratas e não exigem pessoal muito especializado.
As barragens de terra possuem grande volume, pois funciona pelo peso do aterro, composto por solo que possui peso específico (1.8 a 1.9 g/cm³) menor que o do concreto (2.4 g/cm3). Os taludes, suaves, devem ser compatíveis com a resistência ao cisalhamento do material após compactação. Tem base larga para distribuir o peso e aumentar a seção de percolação. Podem ter seção homogênea ou zonada, dependendo da disponibilidade de materiais de construção nas proximidades do barramento. Nas barragens zonadas há um núcleo de material impermeável e duas zonas externas, em geral construídas com materiais mais permeáveis e mais resistentes aos deslizamentos.
As barragens de terra/enrocamento destinadas ao armazenamento permanente de água devem possuir um elevado grau de estanqueidade (presença de um elemento de vedação).
Estas barragens são construídas, via de regra, com materiais oriundos de áreas de empréstimo, devidamente selecionadas, que são transportados, lançados e compactados, com equipamentos especiais, sob rigoroso processo de controle executivo.
Possuem comumente um sistema de drenagem interna eficiente (presença de um elemento drenante) e coeficientes de segurança elevados, tanto para a possibilidade de ocorrência de erosão interna como para possibilidade de ruptura por cisalhamento (presença de um elemento estabilizante).
As barragens de terra/enrocamento devem ter sistemas de extravasamento bem dimensionados que lhes confiram elevados coeficientes de segurança contra a possibilidade de galgamento.
A principal desvantagem das barragens de terra, é que podem ser afetadas pelas condições climáticas, pois a execução dos aterros é paralizada em períodos chuvosos.
3.2.1-BARRAGEM DE TERRA HOMOGÊNEA
É a mais comum onde é utilizado um único tipo de solo. Os taludes, a montante e a jusante devem ter inclinações adequadas conforme o tipo de solo.
Deve ser construído um dreno vertical ou inclinado de areia selecionada de granulometria adequada ao tipo de solo utilizado, ou por brita confinada em geotextil. 
 Deve ter ainda um dreno ou tapete horizontal de areia selecionada ou brita confinada em geotêxtil. Constrói-se também o cut-off que é a parte do aterro que se insere na fundação. Quando a qualidade do solo é boa não se faz o cut-off. 
O talude de montante deve ser protegido com enrocamente (rip-rap) ou laje armada ou tapete asfáltico. De acordo com o fetch, que o comprimento maior da superfície da água da barragem e no qual incide o vento. Conforme o comprimento do fetch temos a espessura mínima em cm do riprap no talude de montante.
Constituída praticamente por um único material, com permeabilidade suficientemente reduzida para permitir níveis aceitáveis de percolação.
As inclinações dos taludes a montante e jusante são diferentes por regra, tendo em vista adequarem-se aos diversos tipos de ações. No perfil homogéneo representado na figura I é muito provável que na base do talude de jusante ocorram ressurgências, caso o aterro e a fundação não garantam a necessária estanquidade. A verificarem-se ressurgências, haverá forças de percolação que produzirão erosão tubular interna, pelo que é mais frequente recorrer a um perfil homogéneo modificado, como o representado na figura 1;
Perfil Homogêneo
3.2.2-BARRAGEM ZONADA.
Formada por solos com diferentes características, utilizando-se o solo disponível com o coeficiente de permeabilidade menor no núcleo central com função vedante, sendo o solo mais permeável ou enrocamento utilizado nos taludes.
Também existem barragens zonadas que em vez de possuírem um núcleo central são constituídas por um talude a montante de material impermeável e um talude a jusante de material permeável com funções estruturais. É importante a existência de um filtro fazendo a fronteiraentre o material impermeável e o talude de jusante para evitar fenômenos de erosão interna provocados por forças de percolação que tendem a arrastar os filtros.
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Barragem Zonada com Núcleo Interno
Barragem Zonada com Talude de Montante Impermeável e Talude de Jusante de Enrocamento
Fonte: http://www.em.ufop.br/deciv/departamento/~romerocesar/Aula5PPT.pdf
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PLANEJAMENTO
A construção de uma barragem precisa sempre passar por etapas que devem ser respeitadas para o êxito, e quatro etapas são fundamentais: o projeto, a construção, a exploração e a observação.
Há necessidade de fazer levantamentos como: topografia, mapeamento geológico, impacto ambiental, orçamentos e custos, e segurança, pois não só na área que será inundada, como todos estes fatores precisam ser levados em conta nas áreas que serão utilizadas para alagamentos em ocasiões que os vertedouros de emergência sejam abertos ou possível ruptura da barragem.
Uma das normas lançadas pela ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas – a NBR 11682, orienta no tocante à estabilidade de taludes e encostas.
Figura 6: Forças atuantes (Fonte: http://www.eletrobras.com)
Figura 7: Forças atuantes (Fonte: http://www.eletrobras.com)
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– TOPOGRAFIA
Método para determinar o contorno, dimensão e posição relativa de uma porção limitada da superfície terrestre; projeta ortogonalmente todos os detalhes da configuração do solo.
a) Topometria: conjunto de métodos empregados para colher dados necessários ao traçado da planta;
b) Planimetria: representação em projeção horizontal dos detalhes existentes na superfície. Emprego de teodolitos e estação total;
c) Altimetria: determinação das cotas ou distâncias verticais de um certo número de pontos referidos ao plano horizontal de projeção ou referência de nível;
d) Fotogrametria: determinação do relevo do terreno, principalmente de grandes extensões, através de máquinas fotográficas. Aerofotogrametria = fotografia aérea;
As coordenadas geográficas caracterizam bem a posição dos pontos da barragem na superfície escolhida.
Outros recursos não menos importantes para constar no planejamento são o emprego de:
- Curvímetros - instrumento empregado para a medida de distâncias gráficas; 
- Planímetros - instrumento que serve para medir as áreas das figuras irregulares traçadas no desenho;
- Programas de computador;
Fatores topográficos importantes que influenciam no projeto de barragens:
a) Declividades das ombreiras:
- Muito suaves e regulares: sem problemas;
- Íngremes e irregulares: problemas de ocorrência de recalques diferenciais do maciço compactado causando riscos potenciais de fissuramento do corpo;
Providência: sobredimensionamento dos drenos para interceptar qualquer fluxo d'água ao longo das fissuras, sem sobrecarga;
b) Distância e relevo das jazidas de materiais de construção e seus acessos:
- Fator econômico determinante para escolha do tipo de barragem;
c) Geometria longitudinal das encostas:
- No sentido paralelo ao rio:
1. Vales alongados: permitem qualquer tipo de seção transversal de barragem;
2. Vales curtos: limitam a escolha à barragem de terra e enrocamento com núcleo argiloso ou com face de concreto;
- No sentido transversal ao rio:
1. Vales estreitos: propiciam a construção de barragens arqueadas de eixo curvo, aproveitando a contribuição das pressões hidrostáticas transmitidas pelo reservatório para manter sempre tensões de compressão ao longo da seção longitudinal da barragem, fechando eventuais trincas devido aos recalques diferenciais;
2. Vales largos: o eixo deverá ser reto ou alinhado ao longo do traçado de menor volume;
d) Depressões no fundo rochoso do rio: influencia na posição do eixo do maciço principal e da ensecadeiras.
No caso de não existirem mapas topográficos disponíveis, podem ser utilizados mapas de reconhecimento aproximados, definidos por um mínimo de pontos de controle ou um esboço de seções transversais.
As plantas devem estar em escalas convenientes, em coordenadas geográficas e os pontos de referência devem ser monumentados.
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A seguir temos plantas topográficas necessárias para o projeto de barragens:
		TIPO 				 ESCALA USUAL	CURVAS DE NÍVEL 
1- Planta plani-altimétrica da bacia hidrográfica			1:20.000		de 5 em 5 metros
2- Planta plani-altimétrica da bacia hidráulica			1:5.000		de 1 em 1 metro
3- Planta plani-altimétrica das áreas de empréstimos		 1:5.000		de 1 em 1 metro
4- Planta plani-altimétrica do local do boqueirão			1:2.000		de 1 em 1 metro
com nivelamento das seções de 20 em 20 metros	
5- Perfil do boqueirão					1:2.000 ( H )	de 1 em 1 metro
								1:200 ( V )
6- Perfil do sangradouro					1:2.000 ( H )	de 1 em 1 metro 
							1:200 ( V ) ____
- MAPEAMENTO GEOLÓGICO
Tem como objetivo identificar os conjuntos contínuos e homogêneos das rochas de fundação, bem como determinar as suas fronteiras e as propriedades dos materiais pertencentes aos mesmos, e tentar identificar e caracterizar o melhor possível as descontinuidades eventuais.
 
Área de estudos geológicos. Fonte: http://www.cprm.gov.br
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a) Áreas Influenciadas
1. Fundações e ombreiras: os estudos geológicos deverão prosseguir até profundidades em que as solicitações hidráulicas e geomecânicas transmitidas pelo reservatório não tenham mais efeito;
2. Jazidas de materiais de construção: os estudos geológicos deverão fornecer todas as informações necessárias sobre as potencialidades das áreas adjacentes e próximas do local da barragem. Identificando todos os materiais disponíveis desde os solos finos argilosos até as areias e cascalhos naturais e os materiais rochosos;
b) Fases dos Estudos Geológicos
1. Coleta de dados, reconhecimento de mapas geológicos e relatórios técnicos sobre a região, fotografias aéreas, pesquisas geofísicas, etc;
2. Elaboração de cartas geológicas com relatórios técnicos descrevendo os tipos de rocha e solos, falhas constatadas, os níveis da água, etc;
3. Sondagens ao longo do eixo da barragem, sangradouro e locais de empréstimos e pedreiras;
4.3 - ESTUDO HIDROLÓGICO
Tem como objetivo a definição das características hidráulicas da obra, investigando o rendimento hídrico do rio, a capacidade do reservatório (evaporação, perdas eventuais, evapotranspiração, infiltração, etc), a quantidade d'água necessária para as finalidades da obra, a taxa anual de deposição de sedimentos no reservatório, a intensidade e freqüência das cheias (capacidade do sangradouro), as condições da água subterrânea (tipo de fundação).
Bacia hidráulica = bacia de acumulação
Bacia hidrográfica = bacia de contribuição
Bacia hidrogeológica = fornecimento d´água para a bacia através de infiltração.
-Fases de um estudo hidrológico:
a) Coleta e reconhecimento de dados existentes;
b) Verificação dos dados existentes e obtenção de novos dados;
c) Estudos metodológicos, estatístico-probabilísticos para a definição das leis que regem a participação dos fenômenos hidrológicos no projeto;
- Métodos hidrológicos para dimensionamento das obras:
a) Racional: leis hidrológicas deduzidas dos dados disponíveis (Rippl, Aguiar) – modelo determinístico;
b) Correlação: utilização de dados de uma região semelhante;
c) Empírico: específico do local;
d) Modelos estocásticos: séries sintéticas (geração), simulação do balanço hídrico, estimativa de vazões regularizadas, sangradas e evaporadas, diagrama triangular de regularização;
- Determinação da capacidade do reservatório:
Método Racional: segundo o Engenheiro Francisco Aguiar (IFOCS - Inspetoria Federal de Obras Contra as Secas), o rendimento pluvial da bacia, R%, pode ser dado por:
R%= H² – 400H + 230.000
 55.000
Para precipitação entre 500 e 1.000 mm/ano (H em mm), ou
R%= 0,285 – 1,13H + 3,52H² – 1,19H³
para H > 1.000 mm /ano (H em m)
E o volume afluente:
VA = R% HUA
onde:R% = rendimento, em percentagem
H = altura de chuva, em m
U = coeficiente de correção do rendimento superficial médio que é função do tipo da bacia
A = área da bacia hidrográfica a partir do barramento (m²)
Assim, a capacidade do reservatório será:
VC= 2VA
- Determinação da cheia máxima de projeto:
Q = 1.150xA _ 
 (LC)½ (120 + KLC)
onde:
A = área da bacia hidrográfica, km²
L = linha de fundo, em km, do riacho ou rio
K = coeficiente que leva em conta a ordem dos rios que existem na bacia (tabela)
C = fator de variação da velocidade média do escoamento superficial (tabela)
Exemplo: Orós: A = 25.000 km²; H = 860 mm/ano Tipo: 5 → L = 280 km.
Q = 1.150x25.000 = 6.440 m³/s
			 (280x1,15)½ (120+1,15x280x0,4)
QPROJ= 5.200 m³/s
- Dimensionamento do sangradouro:
L = ____QS_____ 
 C0 H0 (H0)½
onde:
L = largura do sangradouro (m);
QS = descarga máxima secular (m³/s);
H0 = lâmina de sangria (m);
C0 = coeficiente de descarga, função da altura do paramento de montante e da lâmina de sangria;
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- ORÇAMENTO E CUSTO
Consiste na elaboração de um quadro de fatores sócio-econômicos que serão influenciados pela construção da barragem.
A análise dos fatores vantajosos e prejudiciais definirão quanto a viabilidade da obra, além de definir qual o tipo mais viável para construir.
 
Área destinada à formação de talude (Fonte: http://www.cprm.gov.br)
Um estudo de impacto ambiental (EIA) é um fator importante a ser levantado para conseguir junto aos órgãos governamentais que regulam as licenças à liberação para uso da área destinada a uma barragem.
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A seguir temos uma visão de tópicos analisados neste contexto:
4.4.1 Meio físico
- Modificações climáticas;
- Sismicidade (tremores de terra) induzida;
- Inundação de jazidas minerais;
- Inundação de áreas férteis;
- Modificação no uso do solo;
- Processo erosivo das margens;
- Alteração na qualidade da água;
- Eutrofização (quantidade excessiva de oxigênio na água);
- Inundação de áreas com plantas nativas ou agricultura;
 
4.4.2 Meio biótico
- Desaparecimento de espécies endêmicas (as que só existem naquele lugar) ou ameaçadas de extinção;
- Proliferação de plantas aquáticas;
- Interrupção na migração de peixes;
- Alterações na composição da fauna aquática;
 
4.4.3 Meio antrópico (humano)
- Transferência compulsória de populações;
- Modificação nas atividades sócio-econômicas;
- Modificação na infra-estrutura regional;
De mão dos dados resultantes das análises topográficas, mapeamento geológico, estudo hidrológico e impacto ambiental são feitos os cálculos que traduzem a viabilidade de execução do projeto.
– SEGURANÇA
O aspecto da segurança é recorrente em todas as fases e etapas de construção de barragens devido as dimensões, a quantidade de equipamentos, a quantidade de profissionais e do entorno ( fauna, flora e elementos materiais).
Plantio de vegetação rasteira a evitar erosão (Fonte: http://www.cprm.gov.br)
Devido aos riscos que podem acontecer em barragens, elas devem ser projetadas, construídas, operadas e mantidas adequadamente, para desempenharem seguramente as funções a que se destinam. O objetivo de uma avaliação de segurança é determinar as condições relativas à segurança estrutural e operacional de uma barragem, identificando os problemas e recomendar tanto os reparos corretivos, restrições operacionais e modificações quanto às análises e os estudos para determinar as soluções para os problemas. Sendo assim, os dados e registros da engenharia, originados durante o período da construção, devem ser revistos a fim de determinar se as estruturas foram edificadas como projetadas. As condições encontradas durante a construção podem ter uma influência muito importante na segurança final de uma barragem. Muitas vezes, fragilidades ou deficiências podem ser identificadas pelas alterações no comportamento da estrutura, das fundações. Um importante instrumento para emprego na avaliação é o conhecimento do comportamento da barragem. Antes da vistoria, os mais recentes resultados da instrumentação devem ser consultados; gráficos históricos do comportamento e registros de percolações devem estar disponíveis durante a vistoria de campo, para comparação imediata quando se suspeita de um problema específico.
Pesquisa realizada no Instituto de Geociência da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) mapeou o território brasileiro e concluiu o estudo identificando nada menos que 48 falhas geológicas mestras; locais onde "nascem" os terremotos.
Questões ambientais também incentivaram o desenvolvimento da ciência. A legislação atual obriga as empresas a realizarem uma avaliação do risco de sismicidade induzida antes de iniciar a construção de barragens. Isso porque a maioria dos rios cria seus leitos ao longo das falhas geológicas, zonas frágeis onde surgem os terremotos. Dessa forma, as chances de qualquer barragem estar localizada em cima de uma falha são grandes. A espessa coluna d'água cria tensão suplementar, e aquele tremor que só ocorreria depois de um século pode ser antecipado para daqui a alguns meses ou anos.
O monitoramento geológico periódico é de fundamental importância para evitar problemas que culminem em acidentes de altos custos e até mesmo uma catástrofe de grandes proporções.
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BACIA DE RECEPÇÃO
Local onde fica armazenada a água que é captada dos rios, lagos e das chuvas. É aqui onde se volta a maioria das atenções, principalmente após a construção das barragens. Pela sua hidrologia, pela sua topografia e pela sua geologia há um controle intenso para acompanhar as variações e distorções que se observam, e em relação ao planejamento, respectivamente.
A capacidade de carga e a quantidade de água captada é constantemente monitorada, não só para manter o controle dos níveis da barragem, como também para estudos de acompanhamento de áreas com erosão, que juntamente com o cisalhamento de rochas no leito da barragem são os principais agentes de risco, geologicamente falando. Em regiões onde a barragem é concebida em uma área onde abaixo do seu leito existem rochas predisposta à ação do cisalhamento, estas áreas recebem especial atenção tanto dos movimentos das rochas, por terem sobre si o peso de toneladas de águas, como também há constantes preocupações com o movimento da água; o estudo do empuxo hidrostático horizontal e vertical são periodicamente verificados para determinar as supressões da fundação da barragem e conseqüentemente das intervenções nos taludes.
A estabilidade do terreno às margens da barragem está diretamente ligado à impermeabilidade e à compactação do solo. 
Todos estes fatores são de igual importância para manutenção da capacidade de carga da barragem.
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ESTUDO DE CASO
Barragem do Rio Pirapama
INTRODUÇÃO
A bacia hidrográfica do rio Pirapama está localizada na parte sul do Estado de Pernambuco, mais precisamente nas coordenadas 8º 22’ de Latitude Sul e 35º 00’ de Longitude Oeste. Essa bacia foi escolhida por drenar uma superfície com cerca de 600 km², ocupando um total de 0,61% da superfície pernambucana (98.937,80 km²), e principalmente por possuir um Comitê de Bacia – COBH/Pirapama já implantado.
Fonte: http://wikimapia.org/#lat=-8.2374844&lon=-35.0111961&z=13&l=9&m=b
Cerca de cinco sextos da área da bacia do Pirapama encontra-se em estruturas geológicas do cristalino e um relevo em que predominam morros de topos arredondados com altitudes superiores a 60 m. Possui clima tropical úmido com precipitações que variam de 2 300 mm anuais no litoral a 1 300 mm na extremidade norte-oriental da área, aumentado na mesma direção à duração da estação seca.
Os solos predominantes na área são os podzólicos e os latossolos, ambos caracterizados por fertilidade natural baixa e forte acidez, apresentando, ainda, os primeiros acentuada susceptibilidade à erosão. Em menorescala, ocorrem na bacia a associação de solos glei e solos aluviais (nas várzeas e na planície costeira), as areias quartzosas marinhas (na baixada paralela à orla marinha) e solos indiscriminados de mangue. 
O Rio Pirapama nasce no município de Pombos (Mesorregião do Agreste Pernambucano), a cerca de 450 metros de altitude e percorre aproximadamente 80 km até seu exutório. A bacia ocupa parte dos municípios de Jaboatão dos Guararapes, Cabo de Santo Agostinho, Ipojuca, Moreno, Escada, Vitória de Santo Antão e Pombos, sendo, os quatros primeiros inseridos na Região Metropolitana do Recife. A Bacia Pirapama é formada por vários afluentes, onde se destacam, por suas dimensões, o rio Gurjaú e os riachos dos Macacos, Cajabuçu e Arandu, ambos na margem esquerda; e os riachos Santa Amélia, Utinga de Cima e Camaçari, na margem direita. Essa rede hidrográfica limita-se ao norte com as bacias dos rios Jaboatão e Tapacurá, a oeste com a bacia do rio Ipojuca, ao sul com as bacias dos rios Massangana e Ipojuca e a leste com o Oceano Atlântico.
Fonte: http://www.ct.ufpb.br/pos/engurbana/projetos/preclihne/img/bacia_pirapama.jpg
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POR QUE A CONSTRUÇÃO DA BARRAGEM DO RIO PIRAPAMA ?
O rio Pirapama e seus tributários constituem mananciais para abastecimento d’água da cidade do Recife, desde 1918, com a construção da barragem do Gurjaú, seu principal afluente, primeira adutora de água para o Recife. Estudos realizados pela Compesa, na década de 1960 e, posteriormente, na década de 1980, revelaram o rio Pirapama como principal manancial potencial para atender às demandas metropolitanas. O Plano Diretor de Abastecimento d’Água da Região Metropolitana do Recife de 1986 ratificou a necessidade de utilização do rio Pirapama para o suprimento da demanda por água para abastecer tal região. A partir de então, foi projetada a barragem Pirapama, cujo eixo situa-se à montante da confluência do rio Pirapama com o rio Utinga de Cima, nas proximidades do engenho Matapagipe.
OBJETIVO GERAL
Garantir o abastecimento de água limpa aos consumidores do Recife e demais municípios da Bacia, como requisito para melhoramento socioambiental, de gestão integrada e participativa.
DETALHES DA CONSTRUÇÃO
Tão logo foi concluída a licitação, vencida pelo consórcio Queiroz Galvão/Norberto Odebrecht/OAS, os trabalhos iniciaram-se pela construção da estação elevatória. Em seguida vieram a estação de tratamento e a adutora. Uma das primeiras preocupações dos engenheiros da Compesa foi atingir o nível zero de perda d'água na adutora e subadutoras, e conseguir o máximo de durabilidade das tubulações. "Os níveis de perda no nosso sistema sempre foram acima de 50%. Não queríamos repeti-lo nesse novo projeto", afirma o secretário estadual de Recursos Hídricos, o engenheiro João Bosco de Almeida.
Para enfrentar o problema, ficou estipulado no edital de licitação que a empresa vencedora deveria verificar as soldagens dos tubos das adutoras com um aparelho de ultrassom. "O aparelho verificava no final da soldagem se havia alguma falha. Podia ser uma bolha provocada pela entrada de ar durante a soldagem ou mesmo algum ponto de resistência à passagem da água que provocaria desgaste futuro na tubulação. Quando o problema era detectado, todo o trabalho era refeito", explica João Bosco. "Hoje temos 95% do sistema Pirapama pronto, uma parte em funcionamento, e nosso nível de perda é zero", acrescenta.
Funcionário do consórcio Queiroz/Galvão solda tubulação da adutora. Fonte: http://www.abtc.com.br/noticia250.asp
Já quanto à resistência das tubulações, a Compesa optou por exigir do consórcio construtor que o revestimento interno e externo dos tubos fosse executados com o esmalte Coaltar-enamel. "Além disso, em alguns pontos da tubulação é injetada corrente elétrica para minimizar a ação corrosiva do oxigênio", informa o superintendente de obras da Compesa, o engenheiro Judas Tadeu Alves de Souza, responsável pelo acompanhamento da execução do projeto.
Feita a opção pela técnica de soldagem e o tipo de revestimento, a Compesa se deparou com um impasse com o Tribunal de Contas da União (TCU) e o Tribunal de Conta do Estado (TCE). A estatal optou por entregar à empresa vencedora da licitação a responsabilidade pela compra da tubulação e pelo serviço de soldagem das conexões. Mas os dois órgãos de controle entendiam que deveria haver duas licitações, uma para compra do material e outra para a prestação do serviço.
"Se fosse assim, a obra demoraria muito. Porque a cada falha encontrada, a construtora colocaria a culpa na fornecedora de material e vice-versa. Haveria uma discussão em torno de responsabilidade que paralisaria o trabalho até se apontar o responsável", justifica João Bosco de Almeida. TCU e TCE liberaram a construção acatando os argumentos do secretário.
	Trecho da adutora margeando a BR 101. Nos trechos em que a tubulação precisou cruzar a rodovia foram construídas passagens subterrâneas. Fonte: http://www.abtc.com.br/noticia250.asp
	
Trecho em construção da adutora elevada por anéis de concreto. Fonte: http://www.abtc.com.br/noticia250.asp
ADUTORA:
Nos 22,8 km de adutora foram utilizados 1,9 mil tubos de aço com 12 m de extensão. Segundo o secretário de Recursos Hídricos, João Bosco de Almeida, eles foram adquiridos no interior de São Paulo e transportados em caminhões até o canteiro de obras. "Foram quase mil viagens de carreta percorrendo uma distância de 2 mil km (São Paulo-Pernambuco), porque cada uma trazia no máximo dois tubos", diz.
Com a obra em andamento, todo o trabalho de soldagem foi realizado nas margens das valas escavadas para abrigar a adutora, próximas do acostamento da BR-101. Dois guindastes ficavam de prontidão para colocá-los no local, tão logo a soldagem fosse concluída e aprovada por uma equipe da Compesa. Os tubos eram suspensos e colocados de dois em dois.
VIAGEM DA ÁGUA:
Praticamente todo o trajeto da água oriunda da barragem de Pirapama para reforçar o sistema de abastecimento do Grande Recife é feito por gravidade, graças à topografia da região. Apenas na primeira fase dessa viagem, da estação elevatória à ETA, é necessário impulso de motores. Para dar vazão a 5,13 m³/s, a estação elevatória foi dotada de seis conjuntos de motores de 1,6 mil cavalos de potência cada. A previsão, quando o sistema estiver em pleno funcionamento, é que cinco deles funcionem e um fique de reserva, como garantia caso haja alguma falha no sistema. Os motores são fabricados pela empresa KSB, de origem alemã, e custaram R$ 400 mil cada um.
Reservatório do Jordão, com capacidade para armazenar 90 mil m3 de água. Fonte: http://www.abtc.com.br/noticia250.asp
A Compesa prevê um gasto de R$ 680 mil por mês com energia elétrica consumida pelos motores e instalou uma subestação de energia ao lado da estação elevatória com capacidade de transmitir 10 mil kVA, suficiente para alimentar uma cidade de 80 mil habitantes.
Depois de passar pela ETA, a água segue por gravidade. O eixo principal da adutora tem 19,3 km de extensão com tubulação de 1,88 m de diâmetro, que suporta a passagem de 5,13 m³/s. Essa tubulação conduz a água até o reservatório do Jordão.
No meio do caminho, a água da adutora alimenta três subadutoras. Ao percorrer os primeiros 6,5 km, parte dela é desviada por uma tubulação com 500 mm de diâmetro e segue para reforçar o abastecimento no Cabo de Santo Agostinho; 1.110 km adiante está a segunda subadutora, com 800 mm de diâmetro, cujo objetivo é abastecer a comunidade de Pontes dos Carvalhos. E no final da linha, há a subadutora para o bairro do Jordão, com 1,8 m de diâmetro.
Grande parte da adutora segue pelas margens da BR-101 Sul, aproveitando a faixa de servidão do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transporte (DNIT). Quem deixa o Recife em direção à badalada praia de Porto de Galinhas (litoral Sul) não precisará de muito esforço para visualizá-la. Praticamente em 80% do seu percurso a tubulação segue paralelo ao acostamento da rodovia.
Esse procedimento facilitoua construção. "Aproveitar a faixa de servidão nos poupou de alguns problemas com desapropriações", explica o superintendente de obras da Compesa, Judas Tadeu Alves de Souza. No entanto, esta opção trouxe um desafio adicional ao consórcio construtor. Em alguns trechos, era preciso que a tubulação cruzasse a rodovia, o que só seria possível por passagens subterrâneas. "Não tínhamos como realizar a passagem pelo alto, porque significaria paralisar a BR-101, a principal estrada que corta a Região Metropolitana - seria um caos, prejudicando inclusive a economia do Estado", explica Judas Tadeu.
Ao todo foram construídos quatro túneis com 100 m de extensão cada um e profundidade entre 1,5 m e 4 m em relação à pista de rolamento. Noutro trecho foi necessário a construção de uma ponte de 700 m de extensão sobre o Rio Jaboatão, para possibilitar que o trajeto da adutora acompanhasse o da BR-101.
FIM DA LINHA:
Dois Maracanãs lada a lado. É assim que os engenheiros e funcionários da Compesa definem os dois reservatórios construídos no bairro do Jordão, algumas centenas de metros por trás do Aeroporto Internacional dos Guararapes - Gilberto Freyre. Com capacidade de armazenar 90 mil m³ de água, eles significam o fim da linha da adutora de Pirapama. A partir desses dois reservatórios, a água passa a efetivamente reforçar o sistema de abastecimento da Região Metropolitana chegando às torneiras dos imóveis. Os dois reservatórios impressionam pelo tamanho. São 39 mil m² de área construída que consumiram 13 mil m³ de concreto.
Dois Maracanãs lado a lado: construção dos reservatórios do Jordão, de onde a água é distribuída para o sistema de abastecimento público.
Fonte: http://www.abtc.com.br/noticia250.asp
Os reservatórios do Jordão são os dois maiores do sistema Pirapama. Mas outros dois bem menores foram construídos para receber a água das subadutoras. Um deles é no Cabo de Santo Agostinho, com capacidade de armazenar 13,5 mil m³. O outro é em Ponte dos Carvalhos, com 17 mil m³.
CRONOGRAMA:
A obra do sistema de Pirapama, iniciada em janeiro de 2008, será entregue com atraso de oito meses. Seu termo inicial era dezembro de 2010, passou para maio deste ano e agora a promessa é que ela seja completada em julho. Apesar disso, o governo de Pernambuco entende como "justificável" o tempo excedente. "Foram feitos ajustes no projeto no decorrer da obra e tivemos problemas com chuvas", justifica João Bosco de Almeida.
Hoje, só restam duas pequenas intervenções para a conclusão dos trabalhos: a instalação de 500 m de tubulação na subadutora do Cabo de Santo Agostinho e 360 m de tubulação para ligar o reservatório do Jordão à rede de distribuição do Grande Recife. Para o secretário de Recursos Hídricos, a grande responsável pelo atraso na obra foram as chuvas. "Pernambuco teve no ano passado um inverno muito rigoroso, com muita chuva. E neste ano, as chuvas previstas para junho e julho caíram em abril", explica.
Em Pernambuco, tradicionalmente o período chuvoso vai de maio a agosto, quando não é possível preparar as valas para tubulações e muito menos realizar soldagem. "Nessa época, só dá para fazer o trabalho de concretagem", afirma Judas Tadeu, da Compesa.
Mesmo com o atraso na conclusão da obra, há um ano, os efeitos de Pirapama no fornecimento d'água já são sentidos. Isso porque a Compesa optou por colocar o sistema em funcionamento por etapas. Em junho de 2010, um terço do sistema de Pirapama entrou em funcionamento. Significou um acréscimo de 1,5 m³/s de água na rede de abastecimento. Quatro meses depois, outro 1 m³/s foi acrescentado, somando 2,5 m³/s. E quando o siste maior estiver finalizado, em julho próximo, serão mais 2,63 m³, totalizando os 5,13 m³/s.
Mapa do Sistema Pirapama
Fonte: http://www.abtc.com.br/noticia250.asp
a) Ponto laranja: torre de tomada d'água, com capacidade de 14 m³/s, e estação elevatória - seis conjuntos de motores com 1.600 cv cada
b) Linha azul: adutora de água bruta - 3.456 m por adutora de aço de 1.700 mm
c) Ponto amarelo: ETA, com capacidade para produzir 5,13 m³/s
d) Linha verde: adutora de água tratada com 19,3 km de extensão e 1.800 mm de diâmetro
e) Linha laranja: subadutora do Cabo de Santo Agostinho, extensão 3.250 km e 500 mm de diâmetro
f) Linha lilás: subadutora de Ponte dos Carvalhos, extensão 1.146 km e 800 mm de diâmetro
g) Ponto vermelho: reservatório do Jordão
h) Linha laranja: subadutora do Jordão, extensão 3.442 km e diâmetro de 1.800 mm
CONCLUSÃO
A conclusão que se tem é que a construção de barragens além de ser um fator de consolidação de uma sociedade é importante também para o desenvolvimento sustentável, servindo como abastecimento da água potável, abastecimento para implementos nas cadeias produtivas das indústrias, para irrigação, e controle de resíduos e de enchentes, e por tanto a segurança empregada deve ter controle máximo.
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REFERÊNCIAS
- http://www.abcp.org.br/hot_site_barragens/
Acesso em: 15/NOV/2011
- http://www.eletrobras.com
Acesso em: 15/NOV/2011
- http://www.itaipu.gov.br
Acesso em: 15/NOV/2011
- http://www.lapes.ufrgs.br
Acesso em: 17/NOV/2011
- http://pt.wikipedia.org/wiki/Barragem
Acesso em: 17/NOV/2011
- http://www.cprm.gov.br
Acesso em: 25/NOV/2011
- Tópicos em Geotecnia e Obras em Terra – Vol.1 (2006) – Universidade Federal de Juiz de Fora-Depto. De Engenharia de Minas - Marangon, Maurício
- Barragens de Terra e Enrocamento – 1996 – Oficina dos Textos - Cruz, Paulo Teixeira da
- Introdução à Mecânica dos Solos dos Estados Críticos – Livros Técnicos e Científicos Editora - Ortigão, J.A.R.
ESTUDO DE CASO – Barragem de Pirapama –
COMPESA – Companhia Pernambucana de Saneamento:
ACS-Imprensa,
DEM-Diretoria de Engenharia e Meio Ambiente
DCO-Diretoria de Controle Operacional