barragens de terra: princípios construtivos · principais elementos de uma barragem de terra....
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Barragens de terra:
princípios construtivos
AILDSON DE OLIVEIRA – 2015105554
AK ONE BERNARDO – 2015105580
AMANDA NICOLETTI – 2015105798
ANNA CAROLINA – 2015105553
ÉDIPO MONTE – 2015105562
RENAN QUINTINO – 2015105574
Prof.: Samuel de Assis Silva
25/06/18
1UNIVERISIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA RURAL – DERU
CONTRUÇÕES RURAIS – ENG05259
Temas abordados
1-Introdução:
Importância;
Habilitação técnica;
Principais elementos de uma barragem deterra;
Dimensionamento da barragem;
2-Construção da barragem:
Marcação do local de construção;
Maquinário a serem utilizados;
Equipamento e técnicas de compactação;
Construção do aterro;
Construção do canal desarenador emonge/torre;
Limpeza e preparação do local;
Canal extravasor;
Construção do aterro;
Técnicas de alteamento;
3-Casos especiais:
Barragem de terra utilizando materiais debaixa qualidade;
Aterro já existente com problemas depercolação;
Barragens com descarregador de cheiacentral em pedra;
Estimar a capacidade de uma barragemaumentada em altura;
4-Obras de acabamento:
Exigências de controle;
Muros-guia;
Procedimentos de manutenção;
Árvores e arbustos;
Erosão
5-Considerações finais;
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INTRODUÇÃO 3
Introdução
As barragens são importantes em uma propriedade rural em épocas
de menor precipitação, para suprir a demanda de água;
Em épocas de muita chuva, são usadas na regularização do curso de
rios evitando estragos causados pelo grande volume de água;
Também podem servir para a criação de peixes e também como
fossa para águas residuais.
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Importância
Introdução
Dentre as inúmeras áreas de
atuação dos engenheiros
agrônomos, publicadas no D.O.U
em 19 de Agosto de 2013,
encontra-se o planejamento e
construção de barragens.
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Habilitação técnica
Introdução6
Principais elementos de uma barragem de terra
Introdução
Maciço:
É a própria estrutura da barragem. Construído transversalmente ao
curso d’água é a parte responsável por reter a água:
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Principais elementos de uma barragem de terra
Introdução
Taludes do maciço:São as faces laterais e inclinadas, paralelas ao eixo do maciço;
Talude de montante - lado que fica em contato com a água, mais
inclinado para permitir maior estabilidade do aterro. Recomenda-se
declividade de 2,5 : 1;
Talude jusante: lado que não há contato com a água. Deve ter
declividade de 2 : 1.
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Principais elementos de uma barragem de terra
Introdução
Crista do maciço:
É a parte mais elevada do maciço, na inexistência de trânsito
pesado ou outros fatores que condicionem a largura do maciço, pode-
se usar a seguinte equação:
Onde:C= Largura da crista do maciço;
H = Altura da barragem;
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Principais elementos de uma barragem de terra
𝐂 =𝐇
𝟓+ 𝟑
Introdução
Base do maciço:
Consiste na projeção da crista e dos taludes de montante e jusante
sobre a superfície do terreno.
É a área do terreno sobre a qual se coloca o aterro. O comprimento
da base do maciço (B), em metros, pode ser calculada por:
𝐁 = 𝐂 + (𝐙𝐦 + 𝐙𝐣) × 𝐇
Onde:B = largura da base do maciço (m);
C = largura da crista da barragem (m);
Zm = projeção horizontal no talude de montante;
Zj = projeção horizontal no talude de jusante;
H = altura da barragem (m).
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Principais elementos de uma barragem de terra
Introdução
Espelho d’água:
Área da represa, superfície d’água acumulada no reservatório.
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Principais elementos de uma barragem de terra
Introdução
Borda livre ou folga:
Distância vertical entre o nível da água, quando a represa estiver
cheia, e a crista do maciço ou do aterro.
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Principais elementos de uma barragem de terra
Introdução
Núcleo central:
Necessário quando o material para a construção do maciço não é
bom ou quando há uma camada arenosa no leito do local. O núcleo
central deve ter predominância de argila que intercepte a trajetória da
água.
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Principais elementos de uma barragem de terra
Introdução
Fundação:
Constitui-se em uma vala ou trincheira que é preenchida com terra
devidamente compactada, construída transversalmente ao curso
d’água e no eixo da barragem.
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Principais elementos de uma barragem de terra
Introdução
Drenos:
Servem para manter a linha de saturação abaixo do pé de uma
barragem de terra, isto é, dentro de seu corpo, ou para reduzir a
subpressão hidráulica.
Os drenos são colocados, geralmente, no terço final do talude de
jusante.
As camadas periféricas devem ser de areia grossa,e cascalho miúdo,
aumentando-se o tamanho do material à medida que se caminha para
o centro
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Principais elementos de uma barragem de terra
Introdução
Desarenador:
Objetiva principalmente manter a vazão ecológica do curso d’água,
a eliminação dos depósitos do fundo, bem como o esvaziamento do
reservatório.
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Principais elementos de uma barragem de terra
Introdução
Altura da barragem:
Distância vertical entre a superfície do terreno que recebe a
barragem e a superfície da água no reservatório, por ocasião da
ocorrência da vazão máxima de projeto do extravasor, acrescida de
uma borda livre ou folga.
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Principais elementos de uma barragem de terra
Introdução
Sistema extravasor:
O sistema extravasor de uma barragem corresponde basicamente a
construção de uma estrutura com dois objetivos:
a) permitir o escoamento da vazão máxima de enchente;
b) proteção do local de restituição das águas vertidas ao curso
d'água.
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Principais elementos de uma barragem de terra
Canal extravasor
Canal desarenador
Introdução
Tomada de água:
É a estrutura para captação da água represada.
Pode apresentar diversas formas, entretanto, as mais comuns são
aquelas construídas diretamente no corpo da barragem ou por meio de
torres de tomada inseridas na represa.
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Principais elementos de uma barragem de terra
Introdução
Requer estudos hidrológicos prévios
da bacia:
Vazão máxima de cheia;
Vazão mínima de seca;
Vazão média;
Volume de armazenamento
necessário à regularização de uma
determinada vazão, em uma
região hidrográfica.
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Dimensionamento da barragem
Introdução
Estimativa da vazão máxima de cheia e de volumes de regularização emreservatório:
O dimensionamento deve ser feito corretamente:
Superdimensionamento: custos serão muito elevados, o que poderá causar ainviabilização da obra;
Subdimensionamento: se o extravasor for subdimensionado haverá maior risco deruptura;
Para que seja feito o dimensionamento dos extravasores, utiliza-se a vazãomáxima de cheia;
As vazões médias mensais são usadas na estimativa de volumes deregularização nos reservatórios;
Volumes superdimensionados: quantidade de água armazenada será desnecessária,e poderia ser usada para outros fins;
Volumes subdimensionados podem gerar conflito pelo uso da água;
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Dimensionamento da barragem
Introdução
Identificação no campo de uma bacia hidráulica capaz de
armazenar o volume de regularização estimado e determinação da
altura da barragem:
O volume da bacia de acumulação deve ser determinado após a
obtenção do levantamento da área a ser inundada.
Em bacias de pequena área, a diferença de altura entre as curvas
de nível pode ser de 1m, enquanto em bacias maiores essa diferença
pode ser de 5m ou mais.
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Dimensionamento da barragem
CONSTRUÇÃO DA BARRAGEM23
Construção da barragem
Porque fazer?
Evitar limpezas desnecessárias;
Evitar perdas da marcação;
Evitar translocação de solo
desnecessárias;
Verificar no campo onde serão oscortes e aterros;
Diminuir $;
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Marcação do local de construção
Construção da barragem
Como fazer?
As estacas do eixo deverão ser instaladas nas extremidades do aterro e a cada
variação de elevação. Para cada variação em elevação, uma estaca
correspondente (estaca par).
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Marcação do local de construção
Construção da barragem26
Marcação do local de construção
Construção da barragem
O que deve ser considerado na escolha?
Os maquinários disponíveis e as condições de operação;
Distâncias a que os materiais tem que ser transportados;
Tamanho e tipo da barragem a ser construída;
O tempo que se dispõe para construção;
O custo.
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Maquinários a serem utilizados
Construção da barragem
Em pequenas e médias barragens:
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Maquinários a serem utilizados
Bulldozers:
Podem ser usados,
problemas com:
• compactação
• estratificação.
Trator de pneus:
• Menor custo
h/maquina;
• Maior tempo de
execução;
• Compactação
melhor com lastro.
Pá carregadeira:
• Maior custo
h/maquina;
• menor tempo de
execução;
• Boa compactação.
Escavadora:
• Maior custo
h/maquina;
• menor tempo de
execução;
• Facilita cortes e
aterros.
Construção da barragem
Em casos especiais podem ser necessários:
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Maquinários a serem utilizados
Caminhão basculante:
para transporte de terra e
sedimentos.
Rolo compactador Trator com arado
Construção da barragem
Técnicas
A compactação ideal do solo, cria maior resistência ao cisalhamento entre
camadas de terra;
O solo deve estar úmido;
Solos secos, devem ser molhados ainda na área de retirada, para poupar
tempo, evitando molhas entre as camadas de terra;
As técnicas de compactação devem reduzir a espessura da camada em pelo
menos 25%.
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Equipamentos e técnicas de compactação
Construção da barragem31
Equipamentos e técnicas de compactação
Rolos pé de carneiro Rolos vibradores
Placas vibratórias
Rolo compactador
Compactação animalSapo
Construção da barragem
Núcleo/Trincheira de vedação:
Largura da trincheira, mínima de
2m;
A escavação deve atingir material
impermeável, como argila ou
rocha solida;
Esta prática tem por objetivo
evitar a percolação da agua
armazenada;
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Construção do aterro
Construção da barragem
Núcleo/Trincheira de vedação
Solo argiloso deve ser depositado em todo comprimento da trincheira;
Camadas de 75-100mm, para melhor compactação;
Compactação pode ser feita pelo próprio trator (pneus cheios de agua) ou
outras ferramentas mais apropriadas;
Tanques com agua, auxiliam na rega do terreno, possibilitando maior
compactação;
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Construção do aterro
Construção da barragem34
Núcleo/Trincheira de vedação
Construção da barragem
Desarenador
Feito no inicio da obra, após a abertura e enchimento da trincheira de vedação;
O comprimento do desarenador deve ser superior que a maior base da
barragem;
Geralmente, utiliza-se manilhas de concreto armado CA;
Diâmetro calculado para permitir que a vazão não seja completamente
barrada;
Tubos interligados e rejuntados com argamassa, e assentados com declividade
constante;
Anéis de concreto na junção entre uma manilha e outra;
Realizar boa compactação ao redor da tubulação, para evitar um caminho
preferencial da água.
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Construção do canal desarenador e monge
Construção da barragem36
Canal desarenador
Hazen-Williams
𝐷 =𝑄
0,279 × 𝐶 × 𝐽0,54
0,38
em que:
D = diâmetro da tubulação, m;
Q = vazão escoada;
C = coeficiente de rugosidade de HW;
J = perda de carga unitária m/m;
𝐽 =𝐻𝑑2𝐵
em que:
Hd = altura da lâmina de água acima
do desarenador, m;
B = base da barragem ou
comprimento do desarenador, m;
Construção da barragem
Monge/torre
Controla a altura da lamina de agua na barragem;
Geralmente, feito de alvenaria e concreto armado.
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Construção do canal desarenador e monge/torre
Construção da barragem38
Construção do canal desarenador e monge/torre
Construção da barragem39
Construção do canal desarenador e monge/torre
Construção da barragem
Área alagada:
Retirar toda a vegetação presente, na área alagada, com como na área de
aterro;
Remoção de uma camada superficial de 100mm de solo, onde existe mais
matéria orgânica;
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Limpeza e preparo do local
Construção da barragem
Áreas de empréstimo:
Demarcadas antes do inicio da execução do projeto, se possível, com
caracterização do solo dada por analises de um laboratório;
Remover a camada superficial, com mais matéria orgânica;
Não escavar e menos de 10m do pé de aterro, para evitar risco de percolação;
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Limpeza e preparo do local
Construção da barragem
Áreas de empréstimo:
Durante a retirada do solo, monitorar quanto a sua qualidade;
Núcleo da barragem: material de melhor qualidade, 20-30% de argila, pois este
terá maior compactação;
Maciço jusante: pode-se utilizar materiais mais grosseiros, para que permita a
drenagem;
Maciço montante: solo com menor porcentagem de argila, para que permita
alguma impermeabilidade;
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Limpeza e preparo do local
Construção da barragem
Feito antes do inicio da construção do aterro;
No projeto, determinar inclinação necessária do canal;
Evitar que maquinas trafeguem neste, para que não se obtenha áreas
compactadas;
Camadas compactadas estão mais sujeitas a erosão;
O canal deve possuir no seu fundo, material de boa qualidade,
coberto por capim, reduzindo a erosão;
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Canal extravasor
Construção da barragem
Em barragens de terra o sistema mais recomendado é um canal
lateral construído fora do aterro, em terreno firme, em uma das
laterais do maciço, com fundo situado em cota mais elevada em
relação ao leito natural do rio.
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Dimensionamento do sistema extravasor:
Construção da barragem45
Dimensionamento do sistema extravasor:
Construção da barragem
Aterro
Construído após a trincheira de vedação atingir o nível do solo;
Utiliza-se, na maioria dos casos uma grade, visando boa adesão entre o solo já
presente na área e o próprio aterro;
Muito cuidado para utilizar o material correto, no local correto;
No talude montante, recomenda-se molhar a superfície para auxiliar a
compactação;
Monitoramento das dimensões e limites dos aterros desde o inicio do precesso;
Ao atingir a altura do projeto, utiliza-se mais solo na parte central da crista, pois
esta sofrerá maior assentamento, deixando-o de forma convexa;
Ligeira inclinação da crista para o lado montante, para que a agua das chuvas
se dirija para o reservatório;
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Construção do aterro
Construção da barragem47
Aterro
Construção da barragem
Aterro
Nas ultimas camadas do aterro, pode-se utilizar solo de boa qualidade, de forma
a permitir o rápido crescimento da cobertura vegetal;
Pode-se ate utilizar esterco para auxiliar no desenvolvimento da forragem
utilizada;
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Construção do aterro
Construção da barragem49
Dreno
Construção da barragem50
Dreno
Construção da barragem
Durante o assentamento, a crista da barragem deve estar próximo à
horizontal
Nos primeiros meses de funcionamento, fazer inspeções para corrigir
sobre-assentamento ou assentamento desigual;
Enchimento com solo superficial e com capim, normalmente são
suficientes.
Materiais mais grosseiros: aumentar a margem de assentamento,
normalmente em ate 15%.
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Monitoramento
Construção da barragem
Quando há necessidade de aumentar a capacidade de
armazenamento da barragem;
Muito utilizado em barragens de rejeito de minério;
Há riscos envolvidos:
Necessita de acompanhamento técnico experiente;
Três métodos principais:
Alteamento a montante;
Alteamento a jusante;
Alteamento de linha de centro;
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Técnicas de alteamento
Construção da barragem53
Técnicas de alteamento: alteamento a montante
Construção da barragem54
Construção da barragem55
Técnicas de alteamento: alteamento a jusante
Construção da barragem56
Técnicas de alteamento: alteamento de linha de centro
Técnicas de alteamento57
ESCOLHA DA TÉCNICA DE ALTEAMENTO
CRITÉRIO TÉCNICO
CRITÉRIO AMBIENTAL
CRITÉRIO ECONÔMI-
CO
CRITÉRIO SOCIAL
CRITÉRIO LEGAL
MAIS IMPORTANTE
DO QUE A TÉCNICA
ESCOLHIDA, É A
QUALIDADE DO
PROJETO E SUA
EXECUÇÃO
CASOS ESPECIAIS58
Casos especiais
Construção com condições adversas;
Necessitam de conselho técnico especializado e supervisão;
Sem aconselhamento técnico e com condições muito adversas deve-
se reduzir a altura do aterro ao mínimo necessário;
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CUSTO (RISCO)
BENEFÍCIO
Casos especiais
Na falta de solos argilosos:
Terra de formigueiro devidamente tratada;
Vertissolos: misturar com solos grosseiro, evitar variações rápidas no nível de
água;
Construir o aterro com uma inclinação o mais economicamente
pequena possível;
1:2 na fase jusante;
1:2,25 a1:2,5 na face montante;
O material mais grosseiro deve ser aplicado na face jusante do
núcleo;
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Barragem de terra utilizando materiais de baixa qualidade
Casos especiais 61
Barragem de terra utilizando materiais de baixa qualidade
Terra de formigueiro Vertissolo Solo arenoso
Casos especiais
Problemas sérios!!!
Água suja escoando da face jusante!!
Solo de má qualidade;
Má compactação do aterro;
Impermeabilizar o aterro na face montante:
Com um tapete de argila de 0,25-1,00 m de espessura;
Com mantas apropriadas;
Instalar drenos a montante;
Monitoramento constante:
Instalação de piezómetros;
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Aterro já existente com problemas de percolação
Casos especiais63
Geomembrana e piezômetros
Instalação de geomembrana Piezômetro instalado em crista de barragem de terra Piezômetro
Casos especiais64
Barragens com canal extravasor de alvenaria
Casos especiais65
Barragens com canal extravasor de alvenaria
Casos especiais66
Barragens com canal extravasor de alvenaria
Casos especiais67
Caixa dissipadora de energia
Casos especiais68
Caixa dissipadora de energia e colchão reno
OBRAS DE ACABAMENTO69
Obras de acabamento
Necessárias para manter a barragem em boas condições,
prolongando sua vida útil;
Devem ser inspecionadas ao menos uma vez por ano, se possível
antes no período das chuvas, sendo reservado um período para os
reparos;
Depois de cada tempestade, revisar o canal verdetor, para evitar
erosão do canal.
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Exigências de controle
Obras de acabamento
Podem ser necessários para manter a água das cheias longe do pé
do maciço jusante;
Utilizados com o mesmo declive do aterro principal;
Não pode reduzir a área original do canal vertedor, para manter a
mesma capacidade de escoar a água;
Faz-se um enrocamento de pedras ao final do aterro principal, bem
como aos lados internos dos muros-guia.
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Muros-guia
Obras de acabamento
A manutenção é de suma importância para barragens agrícolas uma
vez que o seu uso e muitas vezes imediato após sua construção.
Check list:
Cobertura de capim;
Vedação;
Assentamento;
Percolação e Drenagem;
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Procedimentos de manutenção
Obras de acabamento
É essencial a escolha de uma boa cobertura vegetal;
Deve ser uma espécie rastejante:
Quicuio (Urochloa humidicola);
Estrela roxa (Cynodon nlemfuensis);
Gramas;
Capim;
Plantada em toda a superfície de terra nua;
Implantação o mais rápido possível para evitar erosão;
Deve ser mantido denso e curto;
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Procedimentos de manutenção: Cobertura de capim
Obras de acabamento 74
Procedimentos de manutenção: Cobertura de capim
Obras de acabamento
Acesso de animais, pessoas e veículos devera ser restrito a área do
descarregador/vertedouro, descargas e aterro:
Manter a vegetação;
Minimizar erosão e problemas eventuais;
O caminhamento provoca trilhos onde um possível escorrimento
superficial por chuva podendo provocar erosão nos taludes do
aterro.
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Procedimentos de manutenção: Vedação
Obras de acabamento
Assentamento: O efeito gerado após o termino da construção de
reposicionamento do montante de terra a uma estrutura homogênea
e adensada;
O tempo característico a esse efeito é por volta do primeiro ano
depois da construção, ocorrendo em pontos mais altos da barragem,
onde se tem maior massa e maiores pressões.
Monitoramento constante das depressões:
Assegurando o nível horizontal;
Evitando concentrações de agua nos pontos mais baixos;
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Procedimentos de manutenção: Assentamento
Obras de acabamento
Só se tornara um problema se interpuser o aterro a erosão na área de
jusante afetando sua estabilidade;
Sinais de escoamento de agua suja podem ser indícios de matérias
particulado finos sendo erodidos, levando a erosão interna ou
abatimento da estrutura;
Tornado necessário a instalação de drenos antes da construção do
aterro mantendo a jusante bem drenada e seca;
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Procedimentos de manutenção: Percolação e drenagem
Obras de acabamento
Deve ser vedado o crescimento de arvores, arbustos e outras plantas
de raízes profundas em lugares perto ao aterro, vertedor e no sua
desembocadura;
Árvores no aterro não melhoram a estabilidade do solo, sendo após
mortas e decompostas, suas raízes formam dutos de
enfraquecimento;
Em caso de estabelecimento de arvores deverão ser cortadas,
queimadas ou uso de químicos para acelerar decomposição,
removidos sinais remanescentes, preenchidos com terra,
compactados e restaurados para a predisposição do projeto;
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Árvores e arbustos
Obras de acabamento
Recorrente em barragens onde os cuidados de manutenção devidos
não foram seguidos:
Falta de cobertura com capim;
Pisoteamento do aterro e vertedor por animais;
Aparecimento de canais de estiagem no vertedor;
Toda erosão devera ser tratada restaurando as áreas afetadas as
condições de projeto;
Os canais de estiagem devem ser prevenidos com o uso de tubos
para conduzir fluxo de rios sazonais ou perenes que um determinadas
épocas serpenteiam o vertedor;
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Erosão
Considerações finais
As barragens são muito importantes para o fornecimento de água
para humanos, animais e para a agricultura em geral, bem como
para a manutenção de cursos d’água e contenção de enchentes.
Devem ser bem planejadas e executadas por um profissional
competente riscos a sociedade e ao meio ambiente;
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