Aula 12 - Geologia aplicada às barragens

Ensecadeiras e cortinas de contenção de cheias são Barragens de engastamento no fundo. São temporárias.

•Barragens de engastamento nas ombreiras;•Barragens de engastamento no fundo;•Barragens de gravidade em concreto;•Barragens de contra-fortes em concreto;•Barragens de enrocamento com face de concreto•Barragens de terra.

Tipos de barragens

Barragens em arco (abóboda)

•A forma em curva faz com que as pressões sejam transferidas para as ombreiras;•O vale deve ser estreito e regular com relação entre o comprimento da crista e a altura máxima menor do que 5;•Exigem grandes escavações para atingir a rocha sã e para garantir o suporte adequado;•Os esforços sobre a fundação são maiores (no fundo e nas ombreiras);•A estabilidade depende da geologia, principalmente descontinuidades da rocha nas ombreiras.

UHE Funil

UHE de Hoover

Barragens de engastamento no fundo

UHE Ernestina

Barragens de gravidade em concreto

•São empregadas quando se dispõe de fundação competente e espaço restrito;

•São alternativas quando não se dispõe de facilidade para terraplenagem (falta de acesso ou falta de solos e enrocamento);

•Estabilidade crítica por deslizamento e tombamento;

•Maioria dos acidentes são por erosão das ombreiras ou da fundação.

O princípio das barragens de concreto massa é transferir as pressões de água para o assoalho da fundação. A preparação da fundação é uma etapa muito importante, portanto.

UHE Nova Olinda - PB

UHE de Dona Francisca - RS

UHE de Capim Branco II - MG

UHE Salto Caxias - PR

Cortina de injeções na fundação

Por que são usados drenos sob as barragens?

Barragens de contrafortes de concreto

•Exemplo maior é a barragem principal de Itaipu;•Sub-pressão fica reduzida devido a pequena área da base;•Aumento da compressão sobre a fundação;•Exige maior tratamento das fundações como tirantes e injeção de calda de cimento;•Maior economia de concreto, mas necessita controle geológico maior.

UHE Itaipu

Barragens de enrocamento com face de concreto

•É um aterro construído com fragmentos de rocha e cascalho, compactado em camadas com rolos vibratórios•Construídos sobre fundações de rocha sã, mas podem ser feitos sobre rocha alterada, aluviões compactados e outros materiais resistentes•Exemplos: Segredo, Machadinho, Itá•O maior problema dessas barragens é a acomodação do enrocamento com o peso e a saturação que podem trincar a face.

UHE Segredo

Compactação do enrocamento

Concretagem da face

UHE Machadinho

UHE Itá

UHE Campos Novos

Fechamento do rio para enchimento do reservatório: 30 de setembro de 2005

Barragem esvaziada por problemas na face

Barragens de solo

•Taludes muito abatidos, ocupa espaço;•Adapta-se a terrenos menos competentes;•Não aceita galgamento;•Estabilidade geralmente verificada para deslizamento interno;•Sensível à erosão interna;•Requer um volume expressivo de argilas estáveis para o núcleo.

As barragens de terra podem ser:

•Homogêneas•Zonadas

As barragens homogêneas são feitas apenas com solos.As barragens zonadas têm um núcleo impermeável e duas zonas externas mais permeáveis, formada por material mais grosseiro e, entre elas, materiais de transição.As barragens zonadas aproveitam melhor os materiais naturais disponíveis e, por terem couraças em rocha fragmentada (enrocamento), são construídas com taludes menos abatidos do que as homogêneas.

Diferentes posições do núcleo

Formas de controle de infiltrações mais comuns

Cortina de injeções

Tapete impermeabilizante

Cut-off de argila compactada

Diafragma de concreto ou de lama

Problemas com barragens de terra

Trincas com erosão

Erosão interna e instabilidade do

talude de jusante

Fases construtivas de barragens zonadas: o solo castanho é o núcleo.

Barragem de Irapê, MG

Situações favoráveis para a estabilidade

Barragem posicionada à montante de uma anticlinal.

Rochas com estratificação próxima à vertical, mas mergulhante para o

reservatório (montante);

Rochas com estratificação próxima à vertical, mergulhante para jusante

podem ser sensíveis ao deslizamento;

Barragens posicionadas sobre sinclinais devem ser evitadas pela potencial instabilidade e excesso

de fugas

Situações desfavoráveis para a estabilidade

Fundações com estratificações ou xistosidade com declividade pequena constituem riscos,

independente de que direção mergulham

Fundações com estratificações ou xistosidade com declividade pequena constituem riscos,

independente de que direção mergulham

Dobras no sentido transversal da barragem: anticlinais são boas para a estabilidade mas podem ser problemáticas pelas fugas

Dobras no sentido longitudinal da barragem: anticlinais são boas para a estabilidade e também para evitar fugas

Fatores geológicos

•Cobertura de solo e rocha alterada constitui um fator importante para a definição do tipo de barragem

•Características geotécnicas dos solos e rochas: permeabilidade e estruturas desfavoráveis.

•Barragens de concreto devem ser apoiadas em fundações de rocha

•A cobertura de solo e rocha alterada deve ser removida

•Nas ombreiras de uma barragem de concreto ou enrocamento o solo e rocha decomposta também deve ser removida

•Rochas ígneas não possuem estruturas desfavoráveis para barragens, exceto pela ocorrência de falhas de compressão que podem criar gargantas de solo;

•Rochas ígneas muito fendilhadas, como as extrusivas, exigem maior tratamento de estanqueidade nas fundações;

•No caso de derrames, cuidados especiais devem ser tomados a respeito do contato entre derrames, pois podem ser de baixa resistência ou conter camadas de arenitos aprisionados (intertrap).

Fatores geológicos

•Rochas sedimentares costumam ser permeáveis ou de baixa resistência. As clásticas costumas apresentar planos de fraqueza nas estratificações.

•Dentre as rochas sedimentares, os calcários podem ser muito problemáticos pois formam cavernas por dissolução e isto pode ocorrer sob a barragem.

•As rochas metamórficas são as mais heterogêneas e costumam estar dobradas, o que complica a avaliação da estabilidade. Barragens que tenham que ser construídas sobre elas, exigem projetos mais cuidadosos.

•As rochas metamórficas costumam se alterar com facilidade com o agravante de apresentarem planos de fraqueza (xistosidade).

•Barragens sobre solos aluviais devem ser evitadas pois ou são permeáveis ou sofrem deformação excessiva. Se for necessária a construção sobre esse tipo de solo, devem ser empregadas barragens homogêneas de solo e de pequena altura.

•Barragens sobre solos coluviais ou lacustres não devem ser construídas.

GEOLOGIA APLICADA AOS TÚNEIS

Tipos de túneis

•TÚNEL MINEIRO

•MÉTODO TBM

•MÉTODO NATM

•EMBOQUES

Escavadeira em Túnel de

Teste em Heathrow - London,

UK 1994

Escavação com Fresa na

Estação Subterrânea Exchange

Place - Jersey City, NJ 2002

Escavação de túnel mineiro

São mais viáveis em rochas duras ou túneis de menor extensão

Túnel em granito

pouco fraturado

nenhum revestimento

necessário para

estabilização

Região perturbada por

falhas exigiu a instalação

de grampos simples

Cambotas mistas de aço e

madeira – túnel em calcário

com estrutura dobrada e

fraturada

Cambotas metálicas com setores ligados por flanges – túnel e rochas

sedimentares

Túneis mecânicos (TBM)

São empregados em materiais menos resistentes e túneis de grande extensão

Túneis mecânicos (revestimento)

Perfuratriz tipo “Jumbo”

Automática, usada em

variante do Túnel de Graz,

Áustria 2001.

Método NATM

Método NATM

Enfilagens de reforço

Convergência de paredes de

2m no túnel de Tymfristos

(Grécia) – Túnel em calcário

Emboque dos túneis

Estabilidade da encosta onde o túnel se insere –escorregamento de rocha metamórfica

antes

depois

Emboque com Portal em

Concreto Projetado no

Túnel de Rota Alternativa

B27- Schürzeberg,

Alemanha 1991

Emboque de conduto

forçado de Usina

Hidrelétrica (SC)

Túnel em rocha metamórfica (filitos) –Mariana MG.

Início do emboque

Túnel em rocha metamórfica (filitos) –Mariana MG: montagem da viga portal.

Importância da estrutura e princípio de atuação de grampos

Escavação de casa de

máquinas em caverna UHE

Rio Grande

Galerias Laterais Gêmeas no Metro de Santiago, Chile 2002

Escavação de túnel pelo método das galerias múltiplas

Enfilagens Grouteadas na

Sapata da Parede

Lateral.

Instalação de Enfilagens Grouteadas

na parede lateral do Túnel

Wadeküppel – Kassel, Alemanha 1984

Descontinuidades verticais e horizontais

As estratificações de rochas sedimentares ou as disjunções das rochas extrusivas são mais instáveis quando horizontais do que quando verticais

Desabamento de teto nas escavações do túnel de desvio de UHE Castro Alves

Estratificações ou disjunções inclinadas causam um desequilíbrio (assimetria de pressões) no túnel o que

encarece a estabilização

Isso também é problema nos mergulhos no sentido do avanço do túnel

Diferentes posições do túnel, conforme estratificações ou xistosidades das rochas sedimentares e metamórficas

Xistosidades verticais são menos problemáticas do que as horizontais;

Xistosidades inclinadas resultam em pressões maiores no revestimento.

Influência das dobras

•Sinclinais convergem as águas de drenagem e direcionam pressões e podem ser problemáticas para os túneis.

•Anticlinais costumam aliviar as pressões nas paredes e no teto;

•No sentido longitudinal, as anticlinais carregam mais as extremidades, enquanto que as sinclinais geram tensões maiores no interior do túnel.

Problemas de túneis urbanos

Linha 4 – SP (jan/2007)

O que ocorreu?

Foliações do

gnaisse com

bandas escuras

decompostas:

Concentração de

esforços sobre o

revestimento

Túneis em solos residuais

1

2

3

Túneis em solos transportados

b

a

Túneis em colúvios

Morro Agudo

BR-101/SC

usina hidrelétrica de Cubatão

TÚNEL PARA DRENAGEMDO COLÚVIO