Projeto de Usinas Hidrelétricas - Passo a Passo Cap. 6: Barragens Aluno: Henrique Menin Russo 1
Agenda Introdução Barragens de Terra ou Aterro Barragens de Enrocamento 2
Introdução Uma barragem, açude ou represa, é uma barreira artificial, feita em cursos de rio para a retenção de grandes quantidades de água. O estudo é geral, ou seja, não se limita somente às barragens de hidrelétricas. A escolha do tipo de barragem é influenciada por condicionantes locais, como a existência de material qualificado para a construção, aspectos geológicos e geotécnicos e da topografia do local da obra (MARQUES, 2012) bem como o clima (que inclui o índice pluviométrico) e o volume de represamento. O critério de menor custo global é adotado de maneira iterativa! 3
Barragens de terra São as barragens mais antigas e ainda as mais comuns, utilizadas para todos os fins Exije o menor nível de processamento de material MACIÇO Atlas das Águas 4
Barragens de terra Deve-se obedecer três princípios básicos: Princípio do controle de fluxo; Princípio da estabilidade; Princípio da compatibildiade das deformações; Trata-se de empenhar esforços para a maior capacidade de vedação do lado de montante e maior facilidade de escoamento do lado de jusante; 5
Barragens de terra Deve-se obedecer três princípios básicos: Princípio do controle de fluxo; Princípio da estabilidade; Princípio da compatibilidade das deformações. A barragem deve ter resistência que garanta a estabilidade do conjunto barragem-fundação, para as várias condições de carregamento (nível de água). 6
Barragens de terra Deve-se obedecer três princípios básicos: Princípio do controle de fluxo; Princípio da estabilidade; Princípio da compatibilidade das deformações. Devido a não homogeneidade dos materias que compõem a barragem (e o solo), deve existir transição adequada entre suas zonas, compatibilizando as deformações. 7
Barragens de terra 1) PRINCÍPIO DO CONTROLE DE FLUXO Utiliza a análise de percolação do solo e da própria barragem. Esta percolação é tratada como escoamento laminar em meio poroso, dado pela Lei de Darcy: Q = k.i.a.t e k = V s.n e /i Q vazão de percolação; A área; k coef. de permeabilidade; V s velocidade méd. percolação; i gradiente hidráulico; www.ebanataw.com.br/talude n e porosidade específica. 8
Barragens de terra 1) PRINCÍPIO DO CONTROLE DE FLUXO Coeficiente de permeabilidade (k cm/s): é influenciado pela granulometria do material, composição mineralógica, viscosidade da água, forma das partículas, estrutura do solo, entre outros. É determinado em ensaios de campo do tipo permeabilidade em furo de sondagem e perda d água sob pressão. O fluxo de água em um meio poroso pode ser determinado pela Equação de Laplace, representado por linhas de fluxo e linhas equipotenciais. 9
Barragens de terra 1) PRINCÍPIO DO CONTROLE DE FLUXO Percebe-se em muitas barragens que: A permeabilidade do maciço é variável de ponto a ponto; A permeabilidade da fundação tem um papel dominante no fluxo, principalmente no trecho inferior da barragem; Em cotas elevadas, fenômenos de alívio de tensões podem causar aumento significativo da permeabilidade horizontal. 10
Barragens de terra 1) PRINCÍPIO DO CONTROLE DE FLUXO Sistema de drenagem interna (filtro de drenagem) - Composta normalmente por areia lavada e processada Agência Nacional de Água, 2015 Até o meio da barragem faço tudo para a águanão chegar. A partir dai faço tudo para a água sair da maneira que quero (Arthur Casagrande) 11
Barragens de terra 1) PRINCÍPIO DO CONTROLE DE FLUXO Transições: Entre o núcleo e espaldares e entre solos granulares: D / d 5; Entre o núcleo e o espaldar de montante e entre o enrocamento de proteção e o espaldar de montante): D / d 9; D = limite sup. do diâmetro das partículas de filtro d = valor médio do diâmetro das partículas do material de base. UHE Aimorés, rio Doce (CBDB, 2009) 12
Barragens de terra 2) PRINCÍPIO DA ESTABILIDADE Analisa-se através do fator de segurança (FS): FS = forças resistentes (resist. ao cisalhamento disponível) forças atuantes (resistêcia mobilizada) Eletrobras e CBDB (2003) 13
Barragens de terra UHE Parigot de Souza, Campina Grande do Sul 260MW 14
Barragens de terra 3) PRINCÍPIO DA COMPATIBILIDADE DAS DEFORMAÇÕES Algumas barragens incluem espessas camadas de transição, a fim de evitar recalques diferenciais e contraste de deformabilidade devido às diferenças de tensões de cada camada da barragem (como o contraste de densidade entre um núcleo de Recalques argila e umdiferenciais espaldar de rochas). Controle de recalque (Via Técnica) 15
Barragens de terra 3) PRINCÍPIO DA COMPATIBILIDADE DAS DEFORMAÇÕES A modelagem dos solos e enrocamentos é muito complexa, uma vez que eles podem se retrair ou expandir, se deformar por cisalhamento, colapsar e liquefazer, além de ter uma estrutura que comporta sucção. UHE Aimorés, rio Doce (CBDB, 2009) Modelagem matemática deve ser feita para os projetos que apresentem problemas potenciais preocupantes, como: - de barragens de enrocamento com núcleos delgados; - de barragem sobre areia que não tenha trincheira de vedação em toda a extensão da fundação; - de barragem sobre rochas fracas. 16
Barragens de terra 3) PRINCÍPIO DA COMPATIBILIDADE DAS DEFORMAÇÕES 17
Barragens de terra PROTEÇÃO DOS TALUDES: Lado de montante: devido à esposição às ondas de superfície, deverá ser protegido com rochas ou outros materiais granulares (ou até solocimento, a depender das condições econômicas e inviabilidades); Lado de jusante: deverá ser protegido contra a ação de chuvas com grama ou outro material vegetal. Se houver sobra de material granular, este também poderá ser utilizado na proteção, especialmente na parte submersa. UHE Aimorés, rio Doce (CBDB, 2009) 18
Barragens de enrocamento É composta basicamente pelo corpo da barragem, formado por espaldares de enrocamento compactado, e pelo núcleo (membrana) impermeável, para impedir a passagem da água que percola livremente pelo enrocamento. A membrana impermeável pode ser posicionada no núcleo da barragem, na posição vertical ou inclinada, ou ainda sobre o talude de montante. 19
Barragens de enrocamento Núcleo vertical - Itaipu Núcleo inclinado (José Pimentel Pessôa, CEFET 2009) 20
Barragens de enrocamento Fatores contribuentes para a escolha deste tipo de barragem: a disponibilidade de rocha em abundância no local, facilmente explorável, ou proveniente das escavações obrigatórias para implantação das fundações das estruturas; a escassez de materiais terrosos no local, de difícil obtenção na área, ou a existência de materiais que requeiram processamento intensivo para ser usados; curto período de tempo disponível para construção da barragem; a existência de condições climáticas excessivamente úmida e chuvosa, que possam limitar o lançamento de grandes quantidades de materiais terrosos. 21
Barragens de enrocamento Definição: Os enrocamentos são materiais que, quando submetidos a uma variação de tensões, sofrem transformações estruturais devidas a deslocamentos, rotação e quebra de partículas. (Marsal; Nuñez, 1975). Serão abordados três tipos principais: Barragem de enrocamento com núcleo vertical e inclinado (de argila e de concreto asfáltico); Barragem de enrocamento com face de concreto; Barragem de enrocamento com face de concreto asfáltico. 22
Barragens de enrocamento Barragem de enrocamento com núcleo de argila: UHE Irapé (CBDB, 2009) UHE Emborcação (CBDB, 2003) 23
Barragens de enrocamento Barragem de enrocamento com núcleo de argila Requisitos principais: A largura da crista tem que ser de, no mínimo, 10 m para atender, além da segurança, ao processo construtivo que envolve o transporte e a colocação dos diversos materiais: material impermeável para o núcleo, matérias granulares para filtros, transições e enrocamento. A largura mínima do núcleo na base deve ser de 0,3 H, sendo H a altura da carga hidráulica do reservatório. No topo, é preciso que a largura seja de 3 m, em função dos aspectos construtivos. O sistema de drenagem interna deve ser constituído por camadas filtrantes (filtro e transição). 24
Barragens de enrocamento Barragem de enrocamento com face de concreto: É a escolha para os locais em que não existe solo apropriado para o núcleo. Ressalta-se que, em muitos projetos, essa solução foi escolhida por apresentar menor custo, mesmo existindo jazidas de solo para o núcleo. Taludes mais íngremes, menor largura da base. UHE Barra Grande (CBDB, 2009) 25
Barragens de enrocamento Barragem de enrocamento com face de concreto Vantagens: Sempre estão disponíveis para inspeção e reparos, com o rebaixamento do reservatório; A membrana pode ser construída após o término da seção de enrocamento; O tratamento das fundações (injeções) pode ser realizado simultaneamente à colocação do enrocamento; A base da barragem estará disponível para a estabilidade contra deslizamento; A membrana pode ser usada como proteção do talude. 26
Barragens de enrocamento Barragem de enrocamento com face de concreto As inclinações dos taludes de montante e jusante poderão variar de: 1,0 (V): 1,3 (H) para enrocamentos de rochas basálticas e gnáissicas; 1,0 (V): 1,4-1,6 (H) para enrocamentos de rochas sedimentares. A largura da crista da barragem pode variar de 7m a 10m. 27
Barragens de enrocamento Barragem de enrocamento com face de concreto asfáltico Vantagens: Custo mais baixo; Maior flexibilidade, quando comparado às lajes de concreto; Pode tolerar recalques diferenciais maiores sem trincar; Pode ser construído mais rapidamente. Glarus, Suíça (Wilson, 2013) 28
Barragens de enrocamento Barragem de enrocamento com face de concreto asfáltico Camadas típicas: (Wilson, 2013) 29
Barragens de enrocamento Barragem de enrocamento com núcleo asfáltico Só existe um exemplar no Brasil: UHE Foz do Chapecó (CBDB, 2009) 30
Barragens de enrocamento Barragem de enrocamento com núcleo asfáltico O concreto asfáltico é colocada no núcleo em camadas de 20cm a 30 cm; Diâmetro de até 30cm; Consumo de asfalto será mínimo se a massa das camadas externas do núcleo for composta de grãos uniformes. UHE Foz do Chapecó (CBDB, 2009) 31
Agradecimento Obrigado! 32