Barragens de Terra - Tipos, Construção e Terraplanagem

Barragens Prof Kassouf 1 INTRODUÇÃO Barragens de terra A grande vantagem da barragem de terra é que ela não é exigente nem nas fundações nem nos materiais conforme Costa 2001 Ela moldase a quase todas as fundações e com modernas técnicas de mecânica dos solos e terraplenagens aceita uma enorme variedade de solos Existem barragens de terra com mais de 3km de extensão e com mais de 200m de altura Ainda segundo Costa 2001 a grande vantagem das barragens de terra sobre as outras é que podem ser construídas sobre qualquer tipo de fundação São relativamente baratas e não exigem pessoal muito especializado 2 TIPOS DE BARRAGENS DE TERRA Há 3 tipos de barragens de terra 1 Barragem de aterro homogêneo 2 Barragem zonada 3 Barragem com núcleo Barragem de aterro homogêneo 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 geotêxtil Deve ter ainda um dreno ou tapete horizontal de areia selecionada ou brita confinada em geotêxtil Constróise também o cutoff que é a parte do aterro que se insere na fundação Quando a qualidade do solo é boa não se faz o cutoff O talude de montante deve ser protegido com enrocamento riprap 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 Barragens Prof Kassouf Barragem com núcleo São barragens com núcleo de concreto ou solo argiloso sendo pouco usada Barragens Prof Kassouf 3 CRISTA DA BARRAGEM Largura do coroamento c Formula de Preece c 11 x H 05 1 Haltura máxima da barragem m Coroamento mínimo 300m C H5 3m 4 TALUDES Talude a montante 31 Talude a jusante 21 Folga 05m a 10m Barragens Prof Kassouf 5 TERRAPLANAGEM Valas e trincheiras Abertura de valas e trincheiras de sondagem para reconhecimento das camadas superficiais e de subsolo e às condições de fundação na área do aterro A abertura de valas de sondagem em grelha e a uma profundidade de 3 m através duma área de empréstimo potencial permitirá fazer uma avaliação geral dos tipos dos solos Uma série de valas e trincheiras de teste podem depois ser abertas em áreas mais promissórias para permitir uma avaliação visual do perfil do solo para ser feita de acordo com códigos de solo e técnicas de classificação locais Podem ser colhidas amostras para análises subsequentes de textura e laboratoriais Testes de textura são feitos para determinar os tipos de solo Excluindo pedras e cascalho a parte mineral do solo é constituída por partículas em três ordens de grandeza Argila menos do que 0002 mm de diâmetro Siltes 0002005 mm de diâmetro Areia 005200 mm de diâmetro Qualquer solo com mais de 55 por cento de argila pode ser considerado argiloso Um solo argiloarenoso é um solo com entre 33 por cento e 55 por cento de argila e até 65 por cento de areia Um solo argilosiltoso tem entre 20 por cento e 30 por cento de argila e até 80 por cento de areia e silte As areias podem ser ainda definidas de acordo com o tamanho dos grãos na fração areia Argilas e combinações destas são as mais adequadas para a construção de barragens Geralmente no entanto solos siltosos não são adequados devido à sua inerente instabilidade quando há acréscimos de umidade e não deverão ser incluídos em qualquer obra em terra Testes de infiltração Testes preliminares de infiltração podem ser feitos nesta fase de forma a obter uma indicação da permeabilidade dos solos A forma mais simples de fazer estes testes é encher buracos de sondagem ou pequenas valas com água tendo cuidado para não compactar o solo dentro dos buracos ou valas Uma avaliação comparativa do abaixamento dos níveis de água sobre uma área pode dar uma indicação de permeabilidade e indicar níveis relativos de argila Barragens Prof Kassouf Solos No local da obra podem estar disponíveis uma grande diversidade de solos As encostas do vale onde menor lixiviação tenha ocorrido poderão fornecer solos com uma mais alta proporção de argila As áreas com maior lixiviação podem fornecer quantidades de areia cascalho miúdo eou siltes O leito do rio deverá ser uma fonte para siltes areias e cascalho miúdogravilha este último útil para drenos e trabalhos com concreto É de grande importância económica a necessidade de encontrar estes materiais perto do local da barragem preferivelmente dentro da área do reservatório e em quantidades suficientemente grandes para justificar a sua remoção Evite a remoção total de materiais impermeáveis dado que a exposição de camadas mais permeáveis abaixo poderia levar anos mais tarde a problemas de percolação principalmente quando debaixo da pressão de muitos metros de água A pesquisa nas áreas de empréstimo propostas é um elemento necessário de qualquer levantamento para uma barragem Isto é levado a cabo usando buracos de sondagem pequenas valas ou furos e utilizando elementos já existentes como poços e tocas de animais de forma a adquirir um conhecimento aprofundado da área Argilas O melhor solo argiloso é sempre reservado para o núcleo e trincheira de vedação e deverá ser bem compactado Basicamente quanto mais baixa for a percentagem de argila para um mínimo arbitrário tão baixo como 35 por cento maior compactação e cuidado são necessários na construção O maciço de montante não requer argilas altamente impermeáveis dado que isto poderia levar ao aparecimento de pressões ascendentes debaixo desta secção do aterro Argilas mais permeáveis geralmente têm uma boa estrutura granular e inclui os típicos solos vermelhos mas não solos lateríticos Solos argiloarenosos são muito adequados para inclusão na seção de montante dado que compactam bem possuem uma muito reduzida capacidade de percolação mas não permitem o acumular de altas pressões soloágua As argilas não são necessárias no maciço de jusante dado que é essencial que esta secção seja de drenagem livre Materiais que devemos evitar Se existir qualquer dúvida sobre a adequação do solo é mais seguro evitar usálo Alguns materiais nunca deverão ser usados na construção de barragens em particular os seguintes Materiais orgânicos Materiais em decomposição Barragens Prof Kassouf Material com alta proporção de mica que forma superfícies escorregadias em solos com percentagem baixa de argila Solos com calcário calcítico tais como argilas derivadas de calcário que embora geralmente estáveis são normalmente muito permeáveis Siltes finos que são inadequados para qualquer zona da barragem Xistos e xistos argilosos os quais apesar de frequentemente grosseiros em textura tem tendência para se desintegrarem quando molhados Os xistos podem também conter grande quantidade de micas Argilas expansivas com tendência ao fendilhamento e que se partem quando secas e que quando molhadas podem não selar a tempo de evitar infiltração através delas Solos sódicos argilas finas com uma alta proporção de sódio Estes solos são difíceis de identificar no campo e por isso todas as argilas finas deverão ser analisadas Solos sódicos o contacto entre um solo sódico e água leva à ocorrência de desfloculação no perfil em que o sódio se acumulou entrou no complexo de troca e causou a dispersão dos colóides Por conseguinte ocorre a redução dos espaços dos poros afetando a infiltração permeabilidade e o arejamento Testes laboratoriais Deverão ser realizados testes laboratoriais em amostras selecionadas para confirmar as avaliações de campo e para determinar as propriedades físicas dos solos Os seguintes testes são recomendados Compressibilidade Permeabilidade Resistência ao cisalhamento Granulometria e Sedimentação Testes de Atterberg Teste de Proctor Área de Empréstimo Deve darse preferência às caixas ou áreas de empréstimo na área do reservatório seguido daquelas localizadas nas encostas do vale próximo do aterro Áreas de empréstimo na área do reservatório têm a vantagem de aumentar a capacidade de armazenamento a montante e de não necessitarem de trabalhos de remediação uma vez concluída a barragem As áreas de empréstimo nunca deverão ser localizadas perto da área do pé de jusante da barragem do descarregadorvertedor ou desembocadura ou em qualquer área propensa a erosão Barragens Prof Kassouf Uma área de empréstimo situada a alguma distância do local da barragem aumentará os custos de construção o desgaste dos ativos fixos tangíveis e maquinaria e o tempo de construção assim identifique sempre fontes de materiais o mais próximo possível do local da barragem 6 SELEÇÃO DO LOCAL E PESQUISAS PRELIMINARES Fotografia aérea O procedimento para usar fotografia aérea é como se segue Os limites da área devem ser identificados e delineados Áreas irrigáveis pastagens e terrenos urbanizados deverão ser marcados para permitir a melhor localização de locais potenciais Bacias hidrográficas delineadas do seguimento de topos de colina e outras características são normalmente obtidas de mapas dado que as bacias hidrográficas se podem estender para além dos limites das fotografias disponíveis Se a fotografia começar a ficar demasiado sobrecarregada com pormenores detalhes não essenciais podem ser eliminados para facilitar a interpretação As linhas de corrente deverão ser desenhadas e as áreas que parece terem gradientes planos deverão ser marcadas com mais realce Barragens localizadas em encostas íngremes são raramente económicas dado que os aterros permitem um armazenamento limitado portanto quando identificados na fotografia aérea ou no mapa deverseá dar baixa prioridade a locais com encostas íngremes ie acima dos 45 por cento Um bom local para uma barragem deverá ter uma bacia hidrográfica que não seja tão grande que necessite dum descarregadorvertedor muito caro mas também que não seja tão pequena que o rendimento do reservatório seja demasiado baixo ou errático para ser capaz de fornecer uma área económica do sistema de regadio É difícil avaliar o declive sem o conhecimento da área e experiência em interpretação de fotografia aérea assim poderá não ser possível fazêlo nesta fase Baixos gradientes podem ser deduzidos das características naturais tais como ribeiros sinuosos e lagos de meandros lagos em ferradura acumulações de limos áreas pantanosas confluência de afluentes em ângulo reto e grandes espaços de conservação e drenagem em áreas cultivadas próximas Uma vez que as linhas de corrente estejam marcadas e secções do leito avaliadas os melhores locais poderão ser identificados Poderão ser estabelecidas prioridades com base nas indicações acima e nas seguintes considerações de ordem geográfica Onde um ou mais cursos de águaafluentes encontram o leito principal o local oferece armazenamento máximo Barragens Prof Kassouf Onde a possível localização da barragem esteja perto do local onde a água é necessária ou que permita distribuíla por gravidade canalização de baixa pressão ou por canal Onde exista uma secção estreita do leito para a barragem e uma área de reservatório larga imediatamente a montante de modo a resultar num aterro pequeno e numa grande capacidade de armazenamento Onde se encontrem afloramentos rochosos quer no rio para locais de açude ou barragens de descarregadorvertedor central eou nas encostas do vale para descarregadores vertedores seguros Isto é praticamente essencial em bacias hidrográficas maiores onde descarregadoresvertedores cobertos com erva capim não são aconselháveis Onde alterações súbitas no gradiente do leito de plano a muito íngreme a jusante possam indicar bom potencial de armazenamento e permitir um local com boa drenagem para ser escolhido para o aterro 7 RENDIMENTO DA BACIA HIDROGRÁFICA O rendimento da bacia hidrográfica é baseado no escoamento anual esperado duma bacia e é um fator importante na avaliação da viabilidade duma barragem e na determinação da altura necessária para o aterro Esta última é importante para permitir ao projetista da barragem dimensionar a barragem de modo a que se adeque ao afluxo esperado e estimar a área que poderá ser inundada Barragens Prof Kassouf É estimado como se segue Onde a percentagem média de escoamento não é conhecida use como guia a cifra de 10 por cento da queda pluviométrica anual média para a bacia hidrográfica Se for conhecida mais informação tome a precipitação num período de retorno de 1 em 10 anos como diretriz Calcule o escoamento anual da bacia em mm baseado na percentagem determinada acima Isto é Rr Meça a bacia de captação A em km2 a montante do aterro proposto Ignore quaisquer barragens a montante uma vez que estas já poderão estar cheias na altura duma inundação frequentemente no fim da época das chuvas e logo não oferecem nenhum retardamento de qualquer inundação que se desloque para jusante e calcule a área total da bacia O escoamento anual para a bacia hidrográfica o rendimento da bacia num ano médio Y em m3 é dado por Y Rr x A x 1000 8 CAPACIDADE DE ARMAZENAMENTO Nesta fase é calculado como se segue Onde Q é a capacidade de armazenamento em m3 e não deve exceder Y acima L é o comprimento da parede da barragem a cota máxima CM em m T é a extensão do reservatório a montante da barragem throwback em m e aproximadamente em linha reta desde a parede H é a altura máxima da barragem em m a CM 6 é um factor de segurança que pode ser ajustado para 5 ou 4 com experiência e conhecimento local Todas as medidas acima podem ser determinadas com a utilização dum nível ou teodolito ou equipamento preciso de GPS no local quer na forma dum levantamento de corte transversal no eixo da barragem proposta ou mais precisamente e levando mais tempo mas mais útil quando está envolvida a comparação entre locais semelhantes por um levantamento das Barragens Prof Kassouf linhas de nível seguido por um levantamento ou estimativa da extensão do reservatório a montante da barragem throwback A capacidade estimada por este processo é exata na ordem dos 20 por cento mas deverá ser revista por uma inspeção mais pormenorizada quando o local for aprovado para possível construção A fórmula considera o volume de água como sendo uma pirâmide invertida com uma área de superfície triangular LT2 e H3 para a alturaprofundidade e é uma simplificação da realidade Com experiência uma pessoa será capaz de julgar com bastante precisão como um determinado vale se comparará com esta visão idealizada e assim ajustar as conclusões resultantes 9 PROJETO DETALHADO INTRODUÇÃO Uma vez que todas as pesquisas preliminares tenham sido feitas e um local adequado tenha sido encontrado o próximo passo é realizar um levantamento pormenorizado do vale e da área do reservatório para permitir estimativas mais exatas de quantidades e para fornecer os dados necessários para realizar o projeto O objetivo de tal levantamento é apresentar em papel um mapa com curvas de nível do reservatório até e excedendo o nível de cheia máxima e dar pormenores sobre a localização do aterro descarregadorvertedor e outras estruturas de descarga A partir do mapa com curvas de nível a capacidade do reservatório pode ser avaliada para diferentes alturas da barragem LEVANTAMENTO TOPOGRÁFICO Para grandes áreas poderá ser possível traçar um mapa com curvas de nível a um intervalo adequado para o projeto normalmente 05 m é satisfatório para pequenas barragens a partir de fotografia aérea ou imagens de satélite usando técnicas especializadas de plotagem e digitalização em estéreo que embora caro pode pagar por si pelo tempo que pode poupar evitando trabalho de campo No entanto se isto não for possível como é normal em locais menores Levantamento em grelha Este é um método simples e de fácil execução apesar de demorado Também poderá não ser possível se a área é densamente coberta de vegetação eou fisicamente inacessível Barragens Prof Kassouf Levantamento de corte transversal Levantamentos de corte transversal são executados ao longo de várias linhas no vales do rio a partir de marcas de referência previamente estabelecidas Elevações são anotadas a intervalos regulares e características marcantes em particular alterações de declive são também anotados Cotas Este método é especialmente adequado para grandes áreas É estabelecido um itinerário de marcas de referência e em cada estação são feitas observações de cota com posição distância e elevação Para barragens menores e se é usado um teodolito ou aparelho eletrônico poderá ser possível fazer todas as leituras desde uma só estação Alternativamente podem ser usados levantamentos razoavelmente precisos realizados com um aparelho de GPS para estabelecer uma rede de leituras de elevação ao longo do local REVISÃO DA CAPACIDADE DE ARMAZENAMENTO A partir do levantamento topográfico poderá ser feita uma estimativa da área de superfície do reservatório tanto para o nível de pleno armazenamento como para outros níveis A capacidade aproximada do reservatório Barragens Prof Kassouf Barragens Prof Kassouf PLANTAS DO PROJETO É importante proporcionar plantas do projeto completas e úteis para a realização dos trabalhos e para eventual concurso público e adjudicação de contrato A padronização destas plantas é igualmente importante e é essencial serse capaz de apresentar uma página com dados suficientes explicando a planta listar as quantidades maiores e dar pormenores da localização Plantas adicionais para aspectos mais especializados dos trabalhos também podem ser enviadas ESTRUTURAS DE DESCARGA Em qualquer barragem a principal estrutura de descarga é o descarregadorvertedor mas outras estruturas de descarga de menor importância poderá ser necessárias para libertar água para irrigação escoamento percolante trickle flows ou outros fins Descarregadorvertedor O descarregadorvertedor é a estrutura de descarga mais importante e tem de ser projetado para suportar o esperado pico de cheia Tem de ser uma estrutura permanente não susceptível à erosão e localizada a um nível que permita a altura da lâmina de água e folgaborda livre necessária determinada na fase de pesquisas e seleção do local Itens críticos são a largura da entrada b já discutida acima e dependente do pico de cheia desembocadura geralmente dependente de b ver abaixo e o material de construção e onde assentará o descarregadorvertedor Barragens Prof Kassouf Outras estruturas de descarga Estruturas para escoamento percolante trickle flow são necessárias quando se prevê um fluxo permanente em descarregadoresvertedores cobertos com erva capim dado que estes protegerão o descarregadorvertedor em terra dos perigos de formação de sulcos provocados por pequenos fluxos contínuos O escoamento percolante pode ser passado para fora da barragem ou por uma caixa coletora no aterro ou por um canal de escoamento percolante no descarregadorvertedor Isto poderá ter de envolver a utilização de concreto reforçado para o qual são aconselhados uma série de especificações padrão e métodos de construção Descarga com caixa coletora A descarga com caixa coletora consiste num tubo ou tubos instalados na altura da construção e colocado a montante apenas abaixo do nível do descarregadorvertedor cota máxima É dum diâmetro suficientemente grande para todos os caudais exceto para caudais de cheia Dependendo do projeto o tubo pode sair diretamente da parede para pequenos caudais ou ter uma caixa coletora para caudais maiores localizada adjacente à parede mas feita de maneira a evitar a formação de remoinhos e possível erosão da face montante do aterro O descarregadorvertedor principal pode ser reservado para caudais de cheia e serão assim evitados problemas de formação de sulcos Poderá ainda ocorrer erosão como resultado de cheia Isto deverá ocorrer com pouca frequência e pode ser resolvido em conformidade O tubo como ilustrado com caixa coletora na Figura 9a e 9b deve ser cuidadosamente colocado direito e nivelado Tubos de aço deverão ser acoplados à flange e os tubos de concreto devem ter anéis de vedação para evitar perdas de água ao longo do exterior do tubo Barragens Prof Kassouf Barragens Prof Kassouf