Efeito Piping em Barragens de Terra - Prevenção e Controle

UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERABA MEDIDAS DE PREVENÇÃO E CONTROLE DO EFEITO PIPING EM BARRAGENS DE TERRA Mauricio Andrei de Moura Cardoso Pedro Leopoldo MG 20233 1 1 INTROUÇÃO A construção de barragens é uma importante atividade na engenharia civil já que estas estruturas são capazes de armazenar grandes volumes de água que podem ser utlizados para fins diversos como por exemplo a geração de energia hidreletrica abastecimento de água potável irrigações de terrenos etc São mecanismos largamente utilizados e muito eficientes para a resolução de problemas de ordem hidrica As barragens de terra em particular são amplamenbte utilizadas em todo o mundo devido á sua simplicidade construtiva e menor custo de construção se comparada as barragens de concreto porém estão sujeitas a fenomenos que podem colocar tudo a perder Uma das maiores preocupações relacionadas as barragens de terra diz respeito a segurança e a estabilidade da estrutura que podem ser comprometidas por muitos fatores Uma das falhas mais comuns em barragens de terra é o fenômeno piping também conhecido como erosão tubular regressiva O piping é um processo em que a água penetra na barragem e começa a criar canais que podem enfraquecer a estrutura da barragem e dependendo do seu grau até colapsar a estrutura Dessa forma diversas etapas devem ser seguidas à risca e análises prévias devem ser realizadas a fim de se identificar as situações que podem contribuir diretamente ou indiretamente para o aparecimento ou a evolução deste processo colocando em prática as medidas corretivas para o seu controle Qualquer anomalia causada numa barragem pode acarretar riscos à população localizada a jusante Porém acidentes que ocasionam o colapso de uma barragem o seu poder destrutivo pode ser com tal intensidade quanto o seu tamanho e sua capacidade de acúmulo causando uma larga destruição em massa SAMPAIO 2014 2 BARRAGEM Definição Uma barragem represa ou açude é uma barreira artificial feita em cursos de água para a retenção de grandes quantidades de água o corpo de água resultante é um lago artificial o qual também costuma receber as mesmas denominações A sua utilização é sobretudo para o abastecimento de água de zonas residenciais agrícolas industriais produção de energia elétrica energia hidráulica ou regularização de um caudal Fonte Wikipédia a enciclopédia livre 2 3 FINALIDADES DE UMA BARRAGEM Uma das principais finalidades de uma barragem é um maior armazenamento de água possível para abastecimento de regiões residenciais ou industriais além da geração de energia através do processo de usinas hidrelétricas As barragens também podem ter outros objetivos como conter rejeitos oriundos de minerações diversas para que os mesmos sejam tratados antes de serem jogados no circuito hídrico regularização de cursos dágua e irrigações de terrenos no seu entorno 4 TIPOS DE BARRAGENS CONVENCIONAIS Entre as barragens convencionais podemos destacar as de concreto e as de terra e enrocamento 41 Barragens de terra São construídas com aterro compactado geralmente formado por camadas de solo e rocha que são compactadas em camadas por rolos compressores Podem ser de um único material no caso menos permeavel possívelhomogenea ou ter um nucleo com material argiloso heterogênea conforme figuras 1 e 2 Devido ao seu custo e facilidade de construção por não precisar de transporte de materiais de longas distâncias são mais comuns em todo o mundo Figuras 1 e 2 Fotos de barragens de terra 3 42 Barragens de enrocamento São construídas com rochas ou blocos de pedra que são empilhados em camadas formando uma estrutura resistente Essas barragens podem ser protegidas com concreto ou geotêxteis para aumentar sua resistência 43 Barragens de concreto São geralmente construídas de forma semelhante as estruturas civis utilizando concreto armado concreto ciclópico produzido com grandes pedras ou também podem utilizar a metodologia chamada CCR concreto compactado a rolo A sua utilização é mais viável onde existe não existe disponibilidade de materiais para construção de barragens de terra Podem se subdividir em 3 tipos Barragem de gravidade Barragem de arco Barragem de contraforte 5 PIPING Definição A erosão tubular regressiva conhecida como piping é um processo de erosão interna que ocorre de maneira progressiva em barragens de terra tem seu início com o transporte sedimentar por fendas ou tubos no interior do maciço inconsolidado ou mal compactado por carreamento de grumos de silte e argila Pode ser causado por uma combinação de fatores incluindo a permeabilidade dos materiais da barragem a propria pressão hidrostárica da água e a inclinação da barragens dentre outros Como qualquer transporte sedimentar hidráulico só acontece quando existe um fluxo hídrico capaz de carregar os sedimentos e espaço para que esta movimentação possa ocorrer Assim a erosão tem início de jusante para montante do fluxo onde ocorre a saída da água do barramento próximo à base do maciço À medida que progride a erosão aumenta o diâmetro das fissuras existentes muitas vezes de forma acelerada por percolação da água vai criando novas e maiores canais que se interconectam enfraquecendo o maciço Esse processo pode evoluir até colapsar estruturas que trabalhem sob pressão como é o caso de barragens 4 Figura 3 Representação da evolução de falha por piping Fonte GREGORETTI ET AL 2010 6 EFEITO PIPING COMO AMENIZAR Uma das formas de aumentar a segurança em relação ao fenômeno piping em uma barragem de terra é o emprego de camadas filtrantes na transição entre os materiais de granulometrias muito diferentes Ao se avaliar ações para prevenir e ou amenizar os danos que venham a ser causados pelo efeito piping o principal fator a ser levado em consideração é a permeabilidade do solo Permeabilidade por definição é a maior ou menor facilidade que os solos oferecem à passagem de água Alonso 1999 e o seu grau de avaliação é medido por um coeficiente de permeabilidade K Ela é o principal fator causador da propagação das percolações pelos canais do maciço 7 MEDIDAS CONSTRUTIVAS PARA EVITAR O PIPING Várias técnicas podem ser utilizadas em separado ou em conjunto por que é muito dificil definir uma regra geral construtiva que contemple todas as variáveis Devese em cada caso entender as caracterisiticas do terreno e do projeto para somente assim buscar as medias que visam prevenir ou controlar o piping incluindo 5 Impermeabilizar a superfície da estrutura e seus entornos pode ser economicamente preferível no entanto demanda cuidado pois qualquer ponto de maior permeabilidade pode comprometer a segurança da estrutura Cimentar o maciço ou construir estruturas cimentadas estão entre as soluções mais seguras por garantir baixa permeabilidade e imobilidade de grãos no entanto a custos mais altos Imobilizar os grãos a jusante do fluxo vegetando o talude onde ocorrea surgencia de água preferencialmente com espécies dee raizes difusas e profundas Compactação do solo O solo sob e ao redor da barragem pode ser compactado para reduzir sua permeabilidade e aumentar sua resistência à erosão Injeção de calda de cimento A injeção de calda de cimento no solo pode ajudar a consolidar o solo e reduzir sua permeabilidade Monitoramento O monitoramento regular da barragem e do solo ao redor pode ajudar a detectar sinais de piping Os filtros geotêxteis são feitos de materiais permeáveis e resistentes à tração como poliéster ou polipropileno e são colocados na base e nos taludes da barragem Implantação de sistemas de drenagens Instalação de drenos dependendo das necessidades e caracterisitisca especificas de cadas barragem 71 SISTEMA DE DRENAGEM O Sistema de drenagem interno de uma barragem tem como função principal coletar a água que vai se infiltrando pelo corpo da barragem e o seu objetivo é conduzir esta agua para fora da estrutura afim de evitar maiores danos e garantindo a estabilidade da mesma Este sistema também é responsável por coletar e remover as águas que por ventura possam se acumular nas camadas superficiais da barragem evitando o seu acumulo excessivo como durante chuvas intensas por ex Os tipos de sistemas drenantes que podem ser utilizados nas barragens de terra irão depender das características do solo do clima e das condições especificas da barragem e da região onde a mesma esta localizada O sistema de drenagem interno pode ser composto por diversos elementos que são projetados e instalados para garantir que a água seja coletada e conduzida de forma eficiente para fora da estrutura estes elementos são chamados filtros ou drenos e deverá ser composto por um conjunto de filtros combinados entre verticais ou inclinados subhorizontais além dos drenos de pé e ou tapetes drenantes conforme figura 3 6 72 FILTROS OU DRENOS Os filtros e drenos são os mecanismos de proteção mais eficientes para a retirada da água que percola pelas barragens de terra Possuem um papel essencial na estabilidade das barragens de terra pois tem função de aliviar a subpressão disciplinar e direcionar o fluxo que é percolado pela estrutura do maciço a um destino seguro além de evitar o carreamento de materiais finos que podem ocasionar problemas de erosão interna causando danos por vezes irreversíveis a integridade da estrutura 1 Dreno vertical Estes drenos são instalados na vertical geralmente na forma de poços e permitem que a água subterrânea seja drenada em profundidade Esses drenos são particularmente úteis em solos mais permeáveis onde a água pode se infiltrar rapidamente na barragem Drenos verticais do tipo chaminé somente são recomendados para barragens até 30m de altura Dreno horizontal São instalados ao longo da base da barragem e permitem que a água subterrânea seja drenada de forma controlada isso ajuda a reduzir a pressão hidrostática sobre o solo e prevenir a erosão interna Sendo um elemento que irá complementar o conjunto do sistema drenante e é feito pelo enrocamento Éresponsável por conduzir o fluxo de água da fundação e a água coletada pelo filtro vertical para o pé do talude a jusante Deverá ser formado por camadas de materais granulares em camadas alternadas de areia fina areia grossa e brita Dreno de superfície São utilizados para coletar e drenar a água da chuva e da superfície da barragem Eles são geralmente instalados ao longo das cristas da barragem e podem ser combinados com sistemas de revestimento ou de proteção da superfície para prevenir a erosão Dreno de pé de barragem É um tipo de sistema drenante utilizado em barragens para reduzir a pressão hidrostática na base da estrutura É instalado na interface entre a barragem e o solo da fundação com o objetivo de captar a água que se infiltra na barragem e direcionála para fora da estruturaPode ser composto por um conjunto de tubos perfurados colocados em uma vala escavada no solo da fundação ou por um sistema de drenagem de gravidade que consiste em uma série de canais ou trincheiras revestidos com material permeável Pode pode ser complementado com outros sistemas de drenagem como drenos horizontais ou verticais para garantir a eficácia na drenagem da água infiltrada Também asseguram a continuidade ao tapete drenante e constituem uma segurança adicional 7 1 Tapete drenante O tapete drenante é composto por uma camada de geotêxtil que é colocada sobre a superfície do solo da barragem Esse geotêxtil permite a infiltração de água através dos seus poros enquanto retém o solo e outras partículas finas Abaixo do geotêxtil é colocada uma camada de material filtrante como areia ou cascalho que permite a passagem da água filtrada para os drenos de pé de barragem ou outros sistemas de drenagem secundários Independentemente do tipo de sistema drenante utilizado é fundamental que sua instalação e manutenção sejam realizadas de forma adequada para garantir o seu desempenho e a sua eficácia na proteção da barragem Figura 3 Ilustração de tipos de filtros em barragens de terra FONTE Pires L C S Barragens de terra e enrocamento Faculdade Finion Patos de Minas Centro Brasileiro de Educação e Cultura CEMBEC pg 16 8 8 Conclusão Dada a natureza do processo um estudo com sondagens bemfeitas do local onde será construída a barragem deverá ser prioritário o que mapeara os riscos potenciais de segurança da construção por que nenhum método construtivo irá assegurar uma barragem totalmente impermeável Tornase então necessário então que o responsável pelo projeto e sua equipe consigam mensurar as possibilidades mesmo que empiricamente de percolação de água dentro do maciço promovendo condições para que este fluxo seja dimensionado direcionado e controlado para que não promova nenhum dano significativo a estrutura O processo de piping é uma seria preocupação a estabilidade das barragens de terra no entanto com o uso das técnicas corretas e adequadas de engenharia tornase possível minizar o risco de falhas da estrutua e garantir a segurança da construção Por conta das vantagens e desvantagens que cada solução construtiva que venha a ser adotada apresentar a escolha da melhor abordagem depende da correta modelação das cargas as quais será submetida a estrutura e de suficiente conhecimento reológico tanto do material empregado na estrutura como de seu entorno REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS VIANA MF Notas de aulas de Mecânica dos Solos I parte 13 Tema Permeabilidade dos solos e fluxo unidimensional 2ª Parte Faculdade de tecnologia e ciências 28 pg GOMESF H DE S Quantificação de risco de piping em barragens de terra via abordagens probabilistica e fuzzy Fortaleza 2019 Universidade Federal do Ceará Centro de Tecnologia Departamento de engenharia hidraulica e ambiental Programa de pós graduação m engenharia civil 139 pg CAPUTO H P Mecânica dos solos e suas aplicações fundamentos Vol 1 6 ed Rio de Janeiro RJ Livros Técnicos e Científicos Editora S A 2007 244p CORDEIRO G E M Estudo de fluxo em barragens de terra Universidade Federal do Paraná Curitiba 2017 103 pg TONUSSI A P Estudo de ruptura de barragem por piping UNISUL Universidade do Sul de Santa Catarina Florianopolis SC 2017 65 pg Pires L C S Barragens de terra e enrocamento Faculdade Finion Patos de Minas Centro Brasileiro de Educação e Cultura CEMBEC 98 pg 9 UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERABA MEDIDAS DE PREVENÇÃO E CONTROLE DO EFEITO PIPING EM BARRAGENS DE TERRA Mauricio Andrei de Moura Cardoso RA 1154145 Pedro Leopoldo MG 20233 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 3 2 BARRAGEM 4 4 TIPOS DE BARRAGENS CONVENCIONAIS 4 41 Barragens de terra 4 42 Barragens de encocamento 5 43 Barragens de concreto 5 5 PIPING 6 6 EFEITO PIPING COMO AMENIZAR 7 7 MEDIDAS CONSTRUTIVAS PARA EVITAR O PIPING 7 71 Sitema de drenagem 8 72 Filtros ou drenos 9 8 CONCLUSÃO 11 REFERÊNCIAS 12 3 1 INTRODUÇÃO A construção de barragens é uma importante atividade na engenharia civil já que estas estruturas são capazes de armazenar grandes volumes de água que podem ser utlizados para fins diversos como por exemplo a geração de energia hidrelétrica abastecimento de água potável irrigações de terrenos etc São mecanismos largamente utilizados e muito eficientes para a resolução de problemas de ordem hídrica As barragens de terra em particular são amplamente utilizadas em todo o mundo devido á sua simplicidade construtiva e menor custo de construção se comparada as barragens de concreto porém estão sujeitas a fenômenos que podem colocar tudo a perder Uma das maiores preocupações relacionadas às barragens de terra diz respeito a segurança e a estabilidade da estrutura que podem ser comprometidas por muitos fatores Uma das falhas mais comuns em barragens de terra é o fenômeno piping também conhecido como erosão tubular regressiva O piping é um processo em que a água penetra na barragem e começa a criar canais que podem enfraquecer a estrutura da barragem e dependendo do seu grau até colapsar a estrutura Dessa forma diversas etapas devem ser seguidas à risca e análises prévias devem ser realizadas a fim de se identificar as situações que podem contribuir diretamente ou indiretamente para o aparecimento ou a evolução deste processo colocando em prática as medidas corretivas para o seu controle Qualquer anomalia causada numa barragem pode acarretar riscos à população localizada a jusante Porém acidentes que ocasionam o colapso de uma barragem o seu poder destrutivo pode ser com tal intensidade quanto o seu tamanho e sua capacidade de acúmulo causando uma larga destruição em massa SAMPAIO 2014 4 2 BARRAGEM Definição Uma barragem represa ou açude é uma barreira artificial feita em cursos de água para a retenção de grandes quantidades de água o corpo de água resultante é um lago artificial o qual também costuma receber as mesmas denominações A sua utilização é sobretudo para o abastecimento de água de zonas residenciais agrícolas industriais produção de energia elétrica energia hidráulica ou regularização de um caudal WIKIPÉDIA 3 FINALIDADES DE UMA BARRAGEM Uma das principais finalidades de uma barragem é um maior armazenamento de água possível para abastecimento de regiões residenciais ou industriais além da geração de energia através do processo de usinas hidrelétricas As barragens também podem ter outros objetivos como conter rejeitos oriundos de minerações diversas para que os mesmos sejam tratados antes de serem jogados no circuito hídrico regularização de cursos dágua e irrigações de terrenos no seu entorno 4 TIPOS DE BARRAGENS CONVENCIONAIS Entre as barragens convencionais podemos destacar as de concreto e as de terra e enrocamento 41 Barragens de terra São construídas com aterro compactado geralmente formado por camadas de solo e rocha que são compactadas em camadas por rolos compressores 5 Podem ser de um único material no caso menos permeável possível homogênea ou ter um núcleo com material argiloso heterogênea conforme figuras 1 e 2 Devido ao seu custo e facilidade de construção por não precisar de transporte de materiais de longas distâncias são mais comuns em todo o mundo Figuras 1 e 2 Fotos de barragens de terra 42 Barragens de encocamento São construídas com rochas ou blocos de pedra que são empilhados em camadas formando uma estrutura resistente Essas barragens podem ser protegidas com concreto ou geotêxteis para aumentar sua resistência 43 Barragens de concreto São geralmente construídas de forma semelhante as estruturas civis utilizando concreto armado concreto ciclópico produzido com grandes pedras ou também podem utilizar a metodologia chamada CCR concreto compactado a rolo 6 A sua utilização é mais viável onde existe não existe disponibilidade de materiais para construção de barragens de terra Podem se subdividir em 3 tipos Barragem de gravidade arco e contraforte 5 PIPING Definição A erosão tubular regressiva conhecida como piping é um processo de erosão interna que ocorre de maneira progressiva em barragens de terra tem seu início com o transporte sedimentar por fendas ou tubos no interior do maciço inconsolidado ou mal compactado por carreamento de grumos de silte e argila Pode ser causado por uma combinação de fatores incluindo a permeabilidade dos materiais da barragem a própria pressão hidrostática da água e a inclinação da barragem dentre outros Como qualquer transporte sedimentar hidráulico só acontece quando existe um fluxo hídrico capaz de carregar os sedimentos e espaço para que esta movimentação possa ocorrer Assim a erosão tem início de jusante para montante do fluxo onde ocorre a saída da água do barramento próximo à base do maciço À medida que progride a erosão aumenta o diâmetro das fissuras existentes muitas vezes de forma acelerada por percolação da água vai criando novas e maiores canais que se interconectam enfraquecendo o maciço Esse processo pode evoluir até colapsar estruturas que trabalhem sob pressão como é o caso de barragens 7 Figura 3 Representação da evolução de falha por piping Fonte GREGORETTI ET AL 2010 6 EFEITO PIPING COMO AMENIZAR Uma das formas de aumentar a segurança em relação ao fenômeno piping em uma barragem de terra é o emprego de camadas filtrantes na transição entre os materiais de granulometrias muito diferentes Ao se avaliar ações para prevenir e ou amenizar os danos que venham a ser causados pelo efeito piping o principal fator a ser levado em consideração é a permeabilidade do solo Permeabilidade por definição é a maior ou menor facilidade que os solos oferecem à passagem de água Alonso 1999 e o seu grau de avaliação é medido por um coeficiente de permeabilidade K Ela é o principal fator causador da propagação das percolações pelos canais do maciço 7 MEDIDAS CONSTRUTIVAS PARA EVITAR O PIPING Várias técnicas podem ser utilizadas em separado ou em conjunto por que é muito difícil definir uma regra geral construtiva que contemple todas as variáveis 8 Devese em cada caso entender as características do terreno e do projeto para somente assim buscar as medias que visam prevenir ou controlar o piping incluindo Impermeabilizar a superfície da estrutura e seus entornos pode ser economicamente preferível no entanto demanda cuidado pois qualquer ponto de maior permeabilidade pode comprometer a segurança da estrutura Cimentar o maciço ou construir estruturas cimentadas estão entre as soluções mais seguras por garantir baixa permeabilidade e imobilidade de grãos no entanto a custos mais altos Imobilizar os grãos a jusante do fluxo vegetando o talude onde ocorre a surgência de água preferencialmente com espécies de raízes difusas e profundas Compactação do solo O solo sob e ao redor da barragem pode ser compactado para reduzir sua permeabilidade e aumentar sua resistência à erosão Injeção de calda de cimento A injeção de calda de cimento no solo pode ajudar a consolidar o solo e reduzir sua permeabilidade Monitoramento O monitoramento regular da barragem e do solo ao redor pode ajudar a detectar sinais de piping Os filtros geotêxteis são feitos de materiais permeáveis e resistentes à tração como poliéster ou polipropileno e são colocados na base e nos taludes da barragem Implantação de sistemas de drenagens Instalação de drenos dependendo das necessidades e características especificas de cada barragem 71 Sistema de drenagem O Sistema de drenagem interno de uma barragem tem como função principal coletar a água que vai se infiltrando pelo corpo da barragem e o seu objetivo é conduzir esta água para fora da estrutura afim de evitar maiores danos e garantindo a estabilidade da mesma 9 Este sistema também é responsável por coletar e remover as águas que por ventura possam se acumular nas camadas superficiais da barragem evitando o seu acumulo excessivo como durante chuvas intensas por ex Os tipos de sistemas drenantes que podem ser utilizados nas barragens de terra irão depender das características do solo do clima e das condições especificas da barragem e da região onde a mesma está localizada O sistema de drenagem interno pode ser composto por diversos elementos que são projetados e instalados para garantir que a água seja coletada e conduzida de forma eficiente para fora da estrutura estes elementos são chamados filtros ou drenos e deverá ser composto por um conjunto de filtros combinados entre verticais ou inclinados subhorizontais além dos drenos de pé e ou tapetes drenantes conforme figura 3 72 Filtros ou drenos O Sistema de drenagem interno de uma barragem tem como função principal coletar a água que vai se infiltrando pelo corpo da barragem e o seu objetivo é conduzir esta água para fora da estrutura afim de evitar maiores danos e garantindo a estabilidade da mesma Este sistema também é responsável por coletar e remover as águas que por ventura possam se acumular nas camadas superficiais da barragem evitando o seu acumulo excessivo como durante chuvas intensas por ex Os tipos de sistemas drenantes que podem ser utilizados nas barragens de terra irão depender das características do solo do clima e das condições especificas da barragem e da região onde a mesma está localizada O sistema de drenagem interno pode ser composto por diversos elementos que são projetados e instalados para garantir que a água seja coletada e conduzida de forma eficiente para fora da estrutura estes elementos são chamados filtros ou drenos e deverá ser composto por um conjunto de filtros combinados entre verticais ou inclinados subhorizontais além dos drenos de pé e ou tapetes drenantes conforme figura 3 Dreno vertical Estes drenos são instalados na vertical geralmente na forma de poços e permitem que a água subterrânea seja drenada em profundidade Esses drenos são particularmente úteis em solos mais 10 permeáveis onde a água pode se infiltrar rapidamente na barragem Drenos verticais do tipo chaminé somente são recomendados para barragens até 30m de altura Dreno horizontal São instalados ao longo da base da barragem e permitem que a água subterrânea seja drenada de forma controlada isso ajuda a reduzir a pressão hidrostática sobre o solo e prevenir a erosão interna Sendo um elemento que irá complementar o conjunto do sistema drenante e é feito pelo enrocamento É responsável por conduzir o fluxo de água da fundação e a água coletada pelo filtro vertical para o pé do talude a jusante Deverá ser formado por camadas de materiais granulares em camadas alternadas de areia fina areia grossa e brita Dreno de superfície São utilizados para coletar e drenar a água da chuva e da superfície da barragem Eles são geralmente instalados ao longo das cristas da barragem e podem ser combinados com sistemas de revestimento ou de proteção da superfície para prevenir a erosão Dreno de pé de barragem É um tipo de sistema drenante utilizado em barragens para reduzir a pressão hidrostática na base da estrutura É instalado na interface entre a barragem e o solo da fundação com o objetivo de captar a água que se infiltra na barragem e direcionála para fora da estrutura Pode ser composto por um conjunto de tubos perfurados colocados em uma vala escavada no solo da fundação ou por um sistema de drenagem de gravidade que consiste em uma série de canais ou trincheiras revestidos com material permeável Pode ser complementado com outros sistemas de drenagem como drenos horizontais ou verticais para garantir a eficácia na drenagem da água infiltrada Também asseguram a continuidade ao tapete drenante e constituem uma segurança adicional Tapete drenante O tapete drenante é composto por uma camada de geotêxtil que é colocada sobre a superfície do solo da barragem Esse geotêxtil permite a infiltração de água através dos seus poros enquanto retém o solo e outras partículas finas Abaixo do geotêxtil é colocada uma camada de material filtrante como areia ou cascalho que permite a passagem da água filtrada para os drenos de pé de barragem ou outros sistemas de drenagem secundários Independentemente do tipo de sistema drenante utilizado é fundamental que 11 sua instalação e manutenção sejam realizadas de forma adequada para garantir o seu desempenho e a sua eficácia na proteção da barragem Figura 3 Ilustração de tipos de filtros em barragens de terra FONTE Pires ANO DA PUBLICAÇÃO 8 CONCLUSÃO Dada a natureza do processo um estudo com sondagens bemfeitas do local onde será construída a barragem deverá ser prioritário o que mapeara os riscos potenciais de segurança da construção por que nenhum método construtivo irá assegurar uma barragem totalmente impermeável Tornase então necessário então que o responsável pelo projeto e sua equipe consigam mensurar as possibilidades mesmo que empiricamente de percolação de água dentro do maciço promovendo condições para que este fluxo seja dimensionado direcionado e controlado para que não promova nenhum dano significativo a estrutura 12 O processo de piping é uma séria preocupação a estabilidade das barragens de terra no entanto com o uso das técnicas corretas e adequadas de engenharia tornase possível minimizar o risco de falhas da estrutura e garantir a segurança da construção Por conta das vantagens e desvantagens que cada solução construtiva que venha a ser adotada apresentar a escolha da melhor abordagem depende da correta modelação das cargas as quais será submetida a estrutura e de suficiente conhecimento reológico tanto do material empregado na estrutura como de seu entorno REFERÊNCIAS VIANA MF Notas de aulas de Mecânica dos Solos I parte 13 Tema Permeabilidade dos solos e fluxo unidimensional 2ª Parte Faculdade de tecnologia e ciências 28p GOMES F H DE S Quantificação de risco de piping em barragens de terra via abordagens probabilística e fuzzy Fortaleza 2019 Universidade Federal do Ceará 139p CAPUTO H P Mecânica dos solos e suas aplicações fundamentos Vol 1 6 ed Rio de Janeiro RJ Livros Técnicos e Científicos Editora S A 2007 244p CORDEIRO G E M Estudo de fluxo em barragens de terra Universidade Federal do Paraná Curitiba 2017 103 p TONUSSI A P Estudo de ruptura de barragem por piping Universidade do Sul de Santa Catarina Florianopolis 2017 65 p Pires L C S Barragens de terra e enrocamento Faculdade Finion Patos de Minas Centro Brasileiro de Educação e Cultura 98 p Obs Algumas referências estão erradas fiz pequenos ajustes mas ainda estão erradas Como não achei os artigos não pude ajustar vou deixar dois exemplos 13 o primeiro para referenciar artigos e o segundo para trabalhos de conclusão TCC dissertação tese etc Atentese para a ordem em que são colocadas as informações universidade cidade ano Artigo RAMOS L P Biodiesel matériasprimas tecnologias de produção e propriedades combustíveis Revista virtual de química v 9 n 1 p 317369 2017 Trabalho de conclusão ZOZ T AVALIAÇÃO DE GENÓTIPOS DE CÁRTAMO QUANTO AO DESEMPENHO AGRONÔMICO DIVERGÊNCIA GENÉTICA E PRODUTIVIDADE DA ÁGUA 2015 77p Tese Doutorado em Agronomia Universidade Estadual Paulista Botucatu 2015 UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERABA MEDIDAS DE PREVENÇÃO E CONTROLE DO EFEITO PIPING EM BARRAGENS DE TERRA Mauricio Andrei de Moura Cardoso RA 1154145 Pedro Leopoldo MG 20233 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO3 2 BARRAGEM4 4 TIPOS DE BARRAGENS CONVENCIONAIS4 41 Barragens de terra4 42 Barragens de encocamento5 43 Barragens de concreto5 5 PIPING6 6 EFEITO PIPING COMO AMENIZAR7 7 MEDIDAS CONSTRUTIVAS PARA EVITAR O PIPING7 71 Sistema de drenagem8 72 Filtros ou drenos9 8 CONCLUSÃO11 REFERÊNCIAS12 1 INTRODUÇÃO A construção de barragens é uma importante atividade na engenharia civil já que estas estruturas são capazes de armazenar grandes volumes de água que podem ser utlizados para fins diversos como por exemplo a geração de energia hidrelétrica abastecimento de água potável irrigações de terrenos etc São mecanismos largamente utilizados e muito eficientes para a resolução de problemas de ordem hídrica As barragens de terra em particular são amplamente utilizadas em todo o mundo devido á sua simplicidade construtiva e menor custo de construção se comparada as barragens de concreto porém estão sujeitas a fenômenos que podem colocar tudo a perder Uma das maiores preocupações relacionadas às barragens de terra diz respeito a segurança e a estabilidade da estrutura que podem ser comprometidas por muitos fatores Uma das falhas mais comuns em barragens de terra é o fenômeno piping também conhecido como erosão tubular regressiva O piping é um processo em que a água penetra na barragem e começa a criar canais que podem enfraquecer a estrutura da barragem e dependendo do seu grau até colapsar a estrutura Dessa forma diversas etapas devem ser seguidas à risca e análises prévias devem ser realizadas a fim de se identificar as situações que podem contribuir diretamente ou indiretamente para o aparecimento ou a evolução deste processo colocando em prática as medidas corretivas para o seu controle Qualquer anomalia causada numa barragem pode acarretar riscos à população localizada a jusante Porém acidentes que ocasionam o colapso de uma barragem o seu poder destrutivo pode ser com tal intensidade quanto o seu tamanho e sua capacidade de acúmulo causando uma larga destruição em massa SAMPAIO 2014 3 2 BARRAGEM Definição Uma barragem represa ou açude é uma barreira artificial feita em cursos de água para a retenção de grandes quantidades de água o corpo de água resultante é um lago artificial o qual também costuma receber as mesmas denominações A sua utilização é sobretudo para o abastecimento de água de zonas residenciais agrícolas industriais produção de energia elétrica energia hidráulica ou regularização de um caudal WIKIPÉDIA 3 FINALIDADES DE UMA BARRAGEM Uma das principais finalidades de uma barragem é um maior armazenamento de água possível para abastecimento de regiões residenciais ou industriais além da geração de energia através do processo de usinas hidrelétricas As barragens também podem ter outros objetivos como conter rejeitos oriundos de minerações diversas para que os mesmos sejam tratados antes de serem jogados no circuito hídrico regularização de cursos dágua e irrigações de terrenos no seu entorno 4 TIPOS DE BARRAGENS CONVENCIONAIS Entre as barragens convencionais podemos destacar as de concreto e as de terra e enrocamento 41 Barragens de terra São construídas com aterro compactado geralmente formado por camadas de solo e rocha que são compactadas em camadas por rolos compressores 4 Podem ser de um único material no caso menos permeável possível homogênea ou ter um núcleo com material argiloso heterogênea conforme figuras 1 e 2 Devido ao seu custo e facilidade de construção por não precisar de transporte de materiais de longas distâncias são mais comuns em todo o mundo Figuras 1 e 2 Fotos de barragens de terra 42 Barragens de encocamento São construídas com rochas ou blocos de pedra que são empilhados em camadas formando uma estrutura resistente Essas barragens podem ser protegidas com concreto ou geotêxteis para aumentar sua resistência 43 Barragens de concreto São geralmente construídas de forma semelhante as estruturas civis utilizando concreto armado concreto ciclópico produzido com grandes pedras 5 ou também podem utilizar a metodologia chamada CCR concreto compactado a rolo A sua utilização é mais viável onde existe não existe disponibilidade de materiais para construção de barragens de terra Podem se subdividir em 3 tipos Barragem de gravidade arco e contraforte 5 PIPING Definição A erosão tubular regressiva conhecida como piping é um processo de erosão interna que ocorre de maneira progressiva em barragens de terra tem seu início com o transporte sedimentar por fendas ou tubos no interior do maciço inconsolidado ou mal compactado por carreamento de grumos de silte e argila Pode ser causado por uma combinação de fatores incluindo a permeabilidade dos materiais da barragem a própria pressão hidrostática da água e a inclinação da barragem dentre outros Como qualquer transporte sedimentar hidráulico só acontece quando existe um fluxo hídrico capaz de carregar os sedimentos e espaço para que esta movimentação possa ocorrer Assim a erosão tem início de jusante para montante do fluxo onde ocorre a saída da água do barramento próximo à base do maciço À medida que progride a erosão aumenta o diâmetro das fissuras existentes muitas vezes de forma acelerada por percolação da água vai criando novas e maiores canais que se interconectam enfraquecendo o maciço Esse processo pode evoluir até colapsar estruturas que trabalhem sob pressão como é o caso de barragens 6 Figura 3 Representação da evolução de falha por piping Fonte GREGORETTI ET AL 2010 6 EFEITO PIPING COMO AMENIZAR Uma das formas de aumentar a segurança em relação ao fenômeno piping em uma barragem de terra é o emprego de camadas filtrantes na transição entre os materiais de granulometrias muito diferentes Ao se avaliar ações para prevenir e ou amenizar os danos que venham a ser causados pelo efeito piping o principal fator a ser levado em consideração é a permeabilidade do solo Permeabilidade por definição é a maior ou menor facilidade que os solos oferecem à passagem de água Alonso 1999 e o seu grau de avaliação é medido por um coeficiente de permeabilidade K Ela é o principal fator causador da propagação das percolações pelos canais do maciço 7 MEDIDAS CONSTRUTIVAS PARA EVITAR O PIPING Várias técnicas podem ser utilizadas em separado ou em conjunto por que é muito difícil definir uma regra geral construtiva que contemple todas as variáveis 7 Devese em cada caso entender as características do terreno e do projeto para somente assim buscar as medias que visam prevenir ou controlar o piping incluindo Impermeabilizar a superfície da estrutura e seus entornos pode ser economicamente preferível no entanto demanda cuidado pois qualquer ponto de maior permeabilidade pode comprometer a segurança da estrutura Cimentar o maciço ou construir estruturas cimentadas estão entre as soluções mais seguras por garantir baixa permeabilidade e imobilidade de grãos no entanto a custos mais altos Imobilizar os grãos a jusante do fluxo vegetando o talude onde ocorre a surgência de água preferencialmente com espécies de raízes difusas e profundas Compactação do solo O solo sob e ao redor da barragem pode ser compactado para reduzir sua permeabilidade e aumentar sua resistência à erosão Injeção de calda de cimento A injeção de calda de cimento no solo pode ajudar a consolidar o solo e reduzir sua permeabilidade Monitoramento O monitoramento regular da barragem e do solo ao redor pode ajudar a detectar sinais de piping Os filtros geotêxteis são feitos de materiais permeáveis e resistentes à tração como poliéster ou polipropileno e são colocados na base e nos taludes da barragem Implantação de sistemas de drenagens Instalação de drenos dependendo das necessidades e características especificas de cada barragem 71 Sistema de drenagem O Sistema de drenagem interno de uma barragem tem como função principal coletar a água que vai se infiltrando pelo corpo da barragem e o seu objetivo é conduzir esta água para fora da estrutura afim de evitar maiores danos e garantindo a estabilidade da mesma 8 Este sistema também é responsável por coletar e remover as águas que por ventura possam se acumular nas camadas superficiais da barragem evitando o seu acumulo excessivo como durante chuvas intensas por ex Os tipos de sistemas drenantes que podem ser utilizados nas barragens de terra irão depender das características do solo do clima e das condições especificas da barragem e da região onde a mesma está localizada O sistema de drenagem interno pode ser composto por diversos elementos que são projetados e instalados para garantir que a água seja coletada e conduzida de forma eficiente para fora da estrutura estes elementos são chamados filtros ou drenos e deverá ser composto por um conjunto de filtros combinados entre verticais ou inclinados subhorizontais além dos drenos de pé e ou tapetes drenantes conforme figura 3 72 Filtros ou drenos O Sistema de drenagem interno de uma barragem tem como função principal coletar a água que vai se infiltrando pelo corpo da barragem e o seu objetivo é conduzir esta água para fora da estrutura afim de evitar maiores danos e garantindo a estabilidade da mesma Este sistema também é responsável por coletar e remover as águas que por ventura possam se acumular nas camadas superficiais da barragem evitando o seu acumulo excessivo como durante chuvas intensas por ex Os tipos de sistemas drenantes que podem ser utilizados nas barragens de terra irão depender das características do solo do clima e das condições especificas da barragem e da região onde a mesma está localizada O sistema de drenagem interno pode ser composto por diversos elementos que são projetados e instalados para garantir que a água seja coletada e conduzida de forma eficiente para fora da estrutura estes elementos são chamados filtros ou drenos e deverá ser composto por um conjunto de filtros combinados entre verticais ou inclinados subhorizontais além dos drenos de pé e ou tapetes drenantes conforme figura 3 Dreno vertical Estes drenos são instalados na vertical geralmente na forma de poços e permitem que a água subterrânea seja drenada em profundidade Esses drenos são particularmente úteis em solos mais 9 permeáveis onde a água pode se infiltrar rapidamente na barragem Drenos verticais do tipo chaminé somente são recomendados para barragens até 30m de altura Dreno horizontal São instalados ao longo da base da barragem e permitem que a água subterrânea seja drenada de forma controlada isso ajuda a reduzir a pressão hidrostática sobre o solo e prevenir a erosão interna Sendo um elemento que irá complementar o conjunto do sistema drenante e é feito pelo enrocamento É responsável por conduzir o fluxo de água da fundação e a água coletada pelo filtro vertical para o pé do talude a jusante Deverá ser formado por camadas de materiais granulares em camadas alternadas de areia fina areia grossa e brita Dreno de superfície São utilizados para coletar e drenar a água da chuva e da superfície da barragem Eles são geralmente instalados ao longo das cristas da barragem e podem ser combinados com sistemas de revestimento ou de proteção da superfície para prevenir a erosão Dreno de pé de barragem É um tipo de sistema drenante utilizado em barragens para reduzir a pressão hidrostática na base da estrutura É instalado na interface entre a barragem e o solo da fundação com o objetivo de captar a água que se infiltra na barragem e direcionála para fora da estrutura Pode ser composto por um conjunto de tubos perfurados colocados em uma vala escavada no solo da fundação ou por um sistema de drenagem de gravidade que consiste em uma série de canais ou trincheiras revestidos com material permeável Pode ser complementado com outros sistemas de drenagem como drenos horizontais ou verticais para garantir a eficácia na drenagem da água infiltrada Também asseguram a continuidade ao tapete drenante e constituem uma segurança adicional Tapete drenante O tapete drenante é composto por uma camada de geotêxtil que é colocada sobre a superfície do solo da barragem Esse geotêxtil permite a infiltração de água através dos seus poros enquanto retém o solo e outras partículas finas Abaixo do geotêxtil é colocada uma camada de material filtrante como areia ou cascalho que permite a passagem da água filtrada para os drenos de pé de barragem ou outros sistemas de drenagem secundários Independentemente do tipo de sistema drenante utilizado é 10 fundamental que sua instalação e manutenção sejam realizadas de forma adequada para garantir o seu desempenho e a sua eficácia na proteção da barragem Figura 3 Ilustração de tipos de filtros em barragens de terra FONTE Pires ANO DA PUBLICAÇÃO 8 CONCLUSÃO Dada a natureza do processo um estudo com sondagens bemfeitas do local onde será construída a barragem deverá ser prioritário o que mapeara os riscos potenciais de segurança da construção por que nenhum método construtivo irá assegurar uma barragem totalmente impermeável Tornase então necessário então que o responsável pelo projeto e sua equipe consigam mensurar as possibilidades mesmo que empiricamente de percolação de água dentro do maciço promovendo condições para que este fluxo seja dimensionado direcionado e controlado para que não promova nenhum dano significativo a estrutura 11 O processo de piping é uma séria preocupação a estabilidade das barragens de terra no entanto com o uso das técnicas corretas e adequadas de engenharia tornase possível minimizar o risco de falhas da estrutura e garantir a segurança da construção Por conta das vantagens e desvantagens que cada solução construtiva que venha a ser adotada apresentar a escolha da melhor abordagem depende da correta modelação das cargas as quais será submetida a estrutura e de suficiente conhecimento reológico tanto do material empregado na estrutura como de seu entorno REFERÊNCIAS VIANA MF Notas de aulas de Mecânica dos Solos I parte 13 Tema Permeabilidade dos solos e fluxo unidimensional 2ª Parte Faculdade de tecnologia e ciências 28p GOMES F H DE S Quantificação de risco de piping em barragens de terra via abordagens probabilística e fuzzy Fortaleza 2019 Universidade Federal do Ceará 139p CAPUTO H P Mecânica dos solos e suas aplicações fundamentos Vol 1 6 ed Rio de Janeiro RJ Livros Técnicos e Científicos Editora S A 2007 244p CORDEIRO G E M Estudo de fluxo em barragens de terra Universidade Federal do Paraná Curitiba 2017 103 p TONUSSI A P Estudo de ruptura de barragem por piping Universidade do Sul de Santa Catarina Florianopolis 2017 65 p Pires L C S Barragens de terra e enrocamento Faculdade Finion Patos de Minas Centro Brasileiro de Educação e Cultura 98 p Obs Algumas referências estão erradas fiz pequenos ajustes mas ainda estão erradas Como não achei os artigos não pude ajustar vou deixar dois 12 exemplos o primeiro para referenciar artigos e o segundo para trabalhos de conclusão TCC dissertação tese etc Atentese para a ordem em que são colocadas as informações universidade cidade ano Artigo RAMOS L P Biodiesel matériasprimas tecnologias de produção e propriedades combustíveis Revista virtual de química v 9 n 1 p 317369 2017 Trabalho de conclusão ZOZ T AVALIAÇÃO DE GENÓTIPOS DE CÁRTAMO QUANTO AO DESEMPENHO AGRONÔMICO DIVERGÊNCIA GENÉTICA E PRODUTIVIDADE DA ÁGUA 2015 77p Tese Doutorado em Agronomia Universidade Estadual Paulista Botucatu 2015 13