CURSO DE CAPACITAÇÃO EM ESTRUTURAS DE BARRAGENS: TERRA, ENROCAMENTO E REJEITOS

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1 CURSO DE CAPACITAÇÃO EM ESTRUTURAS DE BARRAGENS: TERRA, ENROCAMENTO E REJEITOS Introdução, tipos de barragens de terra e de enrocamento PROFESSOR: Dr. Sidnei Helder Cardoso Teixeira INFORMAÇÕES IMPORTANTES OBJETIVO: Prover os alunos de conhecimentos necessários para a elaboração de projetos de barragens de terra e de enrocamento, desde a etapa de concepção até o projeto executivo, bem como para avaliar o desempenho de barragens em operação. O aluno deverá conhecer os critérios de projeto, métodos de análise e métodos construtivos. DURAÇÃO: Aulas semanais com duração de 4h (Totalizando 60h/ semestre). PROCEDIMENTOS DIDÁTICOS: Aulas expositivas em sala de aula, utilizando recursos como quadro negro, retroprojetor e projetor; Realização de trabalho prático de projeto. 1

2 TÓPICOS ABORDADOS Introdução, tipos de barragens de terra e de enrocamento Objetivos de uma Barragem de Terra e Enrocamento Finalidades do Reservatório Fases do Projeto Lei Nº /2010 Política Nacional de Segurança de Barragens Partes integrantes de uma barragem Arranjo Geral Seções e Fatores que Influenciam na Determinação da Seção Típica Classificação das Seções Típicas Critérios para escolha do tipo e local de implantação de uma barragem; Investigação geotécnica de fundação de barragens e áreas de empréstimo; Tratamento de Fundações de Barragens em Rocha e Solos Solos permeáveis com perda d'água excessiva Solos Moles Solos Porosos (Colapsíveis) com Perda D'água Excessiva e Recalque Bruto, Imediato e Grande Tratamento de Fundações em Rochas que Apresentam Problemas na Fundação de uma Barragem, com Soluções para Eliminar, Reduzir ou Controlar o Problema Critérios de projeto de barragens de terra e enrocamento Sistemas de vedação e de drenagem interna Análises de percolação Análises de estabilidade de taludes Análises de deformações Métodos construtivos de barragens de terra e enrocamento Métodos construtivos de barragens de rejeitos Obtenção do Rejeito Mineral: Processos, Tratamento e Logística Métodos Construtivos (para Montante, Linha de Centro e para Jusante) Lançamento de rejeitos (Single Point Discharge, spiggoting e Cycloning ) Instrumentação e análise de desempenho Sistema extravasor Noções de estudos hidrológicos Tipos de vertedores Inspeções e identificação de manifestações patologicas em barragens CONCEITOS LEI /2010(PNSB) E RESOLUÇÃO No 143, DE 10 DE JULHO DE 2012 qualquer estrutura em um curso permanente ou temporário de água para fins de contenção ou acumulação de substâncias líquidas ou de misturas de líquidos e sólidos, compreendendo o barramento e as estruturas associadas. CBDB COMITÊ BRASILEIRO DE BARRAGENS...obstáculos artificiais com a capacidade de reter água, qualquer outro líquido, rejeitos, detritos, para fins de armazenamento ou controle, podem variar em tamanho desde pequenos maciços de terra, usados frequentemente em fazendas, a enormes estruturas de concreto ou de aterro, geralmente usadas para fornecimento de água, de energia hidrelétrica, para controle de cheias e para irrigação, além de diversas outras finalidades. Prof. Maria José C. P. Alves Lima - IME Obra artificial construída através de um curso d'água, para acumulação, controle e desvio de água. Designam-se como obras secundárias, as barragens que completam o fechamento de um reservatório nas suas zonas periféricas. 2

3 FINALIDADES Uma barragem pode ser construída para atender a uma finalidade específica ou a finalidades múltiplas, a seguir relacionadas: Geração de energia elétrica Abastecimento de água Controle de enchentes Navegação Saneamento Irrigação Contenção de rejeitos, etc. TIPOS DE BARRAGENS Os tipos de barragens mais usuais, relacionados aos materiais de construção e à sua geometria são os seguintes: Barragem de gravidade (concreto) Barragem de gravidade aliviada (concreto) Barragem em arco (concreto armado) Barragem de terra Barragem de terra - enrocamento. Massad (2003) cita também como alternativa a barragem de contraforte e barragem de aterro hidráulico. 3

4 BARRAGEM DE GRAVIDADE Este tipo de barragem funciona em função do seu peso; Em geral, requer fundações em rocha, por questões de capacidade de suporte do terreno; Verificação de estabilidade em função do Tombamento e Deslizamento; As subpressões na base ocorrem em consequência da percolação de água pelo maciço rochoso de fundação que, via de regra, apresenta-se fraturado ou fissurado; BARRAGEM DE GRAVIDADE ALIVIADA Esta estrutura é alternativa à barragem de gravidade maciça. Nesta última, o concreto está mal aproveitado porque as solicitações são muito menores que a resistência do concreto. Na comparação, constata-se que a barragem de gravidade aliviada traz economia no volume e diminuição das áreas sobre as quais pode agir a subpressão e a pressão intersticial. 4

5 BARRAGEM DE CONCRETO ( ARCO) A sua forma, com dupla curvatura (" casca" ) faz com que o concreto trabalhe em compressão; Note-se que só é possível construi-la engastada em vales fechados, em que a relação entre a largura da crista e a altura da barragem é inferior a 2,5; O problema é hiperestático e requer compatibilidade de deformações entre estrutura de concreto e solo rochoso, gerando necessidade de se conhecer o modulo de elasticidade da rocha. BARRAGENS DE TERRA Tipo de barragem mais em uso entre nós, pelas condições topográficas, com vales muito abertos, e da disponibilidade de material terroso no Brasil; Tolera fundações mais deformáveis, podendo-se construir barragens de terra apoiadas sobre solos moles, como no caso da barragem do rio verde, próxima a Curitiba, com 15 m de altura máxima; A inclinação dos taludes de montante e de jusante é fixada de modo a garantir a estabilidade durante a vida útil da barragem, mais especificamente, em final de construção, em operação e em situações de rebaixamento rápido do reservatório; Passível de Piping e erosões superficiais. Possuem sistema de drenagem interna para permitir estabilidade da estrutura. É uma estrutura zoneada, ou seja, construída com um único material de empréstimo. 5

6 BARRAGEM DE TERRA-ENROCAMENTO A mais estável dentre as barragens de terra e terra-enrocarnento, não havendo registro de ruptura envolvendo seus taludes; Material de enrocamento (Rochas) com elevado ângulo de atrito e garantem estabilidade nos taludes de montante e jusante, ainda que íngremes; Núcleo argiloso possibilita estanqueidade do sistema e represamento da água; O núcleo pode ser centrado ou inclinado para montante; Compressibilidades entre argila e enrocamento similares =Exercer pressão maior nas fundações; Compressibilidade da argila superior ao do enrocamento = Arqueamento da estrutura BARRAGEM DE CONTRAFORTE Estas barragens de concreto estrutural são constituídas de lajes ou abóbadas múltiplas inclinadas, apoiadas em contrafortes; Requerem uma quantidade menor de concreto, consequentemente menor forma e armação; A estabilidade quanto ao deslizamento é favorecida pela inclinação da resultante do empuxo hidrostático; Esse tipo de obra requer cuidados com as fundações, pois a sua base, em contato com o maciço rochoso, é relativamente pequena = Vantagem quanto à subpressão. 6

7 BARRAGEM DE ATERRO HIDRÁULICO São barragens em que o aterro é construído por processo hidráulico, isto é, o solo é transportado com água, por meio de tubulações, ate o local de construção; Ao ser despejado, o material segrega-se, separando-se as areias, que formam os espaldares do aterro, dos finos (siltes e argilas), que acabam por constituir o núcleo da barragem; Baixo custo; Grande volume de solo se despende, em virtude do abatimento dos taludes (1:5); Em face do processo construtivo, as areias dos espaldares apresentam-se com compacidade fofa e saturada, sujeitas ao fenômeno da liquefação. ETAPAS DE PROJETOS DE BARRAGENS Multidisciplinaridade de ramos ( Geologia, Hidráulica, Hidrologia, Mecânica dos Solos, Estatística, Mecânica, Eletricidade, etc.); As etapas podem ser discriminadas da seguinte maneira: a) Planejamento b) Viabilidade técnico-econômica c) Anteprojeto d) Projeto básico e) Projeto executivo. a) Planejamento Influenciado por condições, tais como, topográficas, hidrográficas, econômicas e às vezes políticas, que geralmente são diferentes para cada região; O melhor aproveitamento é obtido quando há regularização do seu deflúvio natural por meio de grandes reservatórios, criados pelas barragens. Para que o aproveitamento do potencial do rio seja integral, é preciso que o nível d'água de montante de uma usina alcance o nível de jusante da próxima usina de montante, de modo a que resulte uma sequência contínua de degraus, sem trechos intermediários não aproveitados. 7

8 ETAPAS DE PROJETOS DE BARRAGENS b) Viabilidade Técnico econômica São realizados estudos para decidir-se se o custo do produto final, onde são incluídos custos de projeto, de construção, de desapropriações, de juros do capital investido, as despesas diretas e indiretas de operação, fica dentro de limites preestabelecidos, relacionados ao benefício por ele proporcionado. c) Anteprojeto No início da etapa de anteprojeto, já deve estar definido o tipo de barragem e o local para a sua construção; São analisadas algumas alternativas da posição do eixo, bem como do arranjo das estruturas e esquemas do desvio do rio para a construção. São definidas as áreas a serem desapropriadas para a construção do empreendimento e escolhidas as jazidas para a obtenção de materiais para a construção do aterro, enrocamento, filtros e transições. ETAPAS DE PROJETOS DE BARRAGENS d) Projeto Básico O produto final do projeto básico é um conjunto de desenhos necessários para se colocar a obra em concorrência e para a contratação da empreiteira. É constituído de um caderno de desenhos, uma planilha de quantidades de serviços e de materiais, um volume de especificações técnicas de construção e outro contendo as normas de medição e pagamento. Contém ainda cronograma sumário para construção das obras; Estes documentos são acompanhados de um relatório, onde são expostos os critérios utilizados para o desenvolvimento do projeto e onde são feitas as recomendações para o prosseguimento dos serviços. e) Projeto Final No projeto básico é também apresentada uma sugestão de esquema para o desvio do no. a fim de permitir a execução das obras a seco; São estabelecidas vazões de projeto, para a construção das ensecadeiras em época de estiagem e para dimensionamento dos túneis de desvio ou das seções estranguladas do rio, durante o período de construção das obras; Estas vazões são calculadas, assumindo-se riscos correspondentes a tempos de recorrência, estabelecidos em função dos danos que poderão resultar se houver o galgamento das ensecadeiras durante a construção da barragem; A empreiteira poderá executar as obras de desvio, seguindo a sugestão apresentada pela projetista ou segundo ao próprio projeto. 8