trabalho_barragens
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE
FELIPE MELO LEITE
RELATÓRIO DE PESQUISA
Aracaju2009
FELIPE MELO LEITE
RELATÓRIO DE PESQUISA
Pesquisa da disciplina Geologia para a Engenharia da Universidade Federal de Sergipe referente à 2ª nota da mesma.
Prof GERALDO TORRES SANTOS
Aracaju2009
RESUMO
Este trabalho foi desenvolvido por um acadêmico do 1º período do curso de
Engenharia Civil da Universidade Federal de Sergipe. O tema escolhido foi
barragens. Sobre o tema, foi abordado desde a sua definição, classificação,
formação e exemplificação.
PALAVRA CHAVE: Barragem, geologia, engenharia civil.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO..........................................................................................................5
2 BARRAGENS...........................................................................................................6
2.1 Definição.........................................................................................................6
2.2 O papel da Geologia.......................................................................................7
2.3 Elementos de uma barragem.........................................................................8
2.4 Forças que atuam numa barragem................................................................9
2.5 Tipos de barragens.......................................................................................10
2.6 Seleção do tipo de barragem.......................................................................12
2.7 Fases Gerais no estudo de barragens.........................................................14
3 CONCLUSÃO.........................................................................................................16
4 REFERÊNCIAS.......................................................................................................17
1 INTRODUÇÃO
Este trabalho foi desenvolvido pelo acadêmico do 1º período do curso de
Engenharia Civil da Universidade Federal de Sergipe, referente a disciplina Geologia
para Engenharia, ministrada pelo Prof Geraldo Torres Santos.
O tema escolhido foi barragens. Utilizei a metodologia de pesquisa para
elaborar o trabalho. Este subdivide-se na seguinte forma: a) Introdução; b)
Desenvolvimento: que visou definir, classificar e exemplificar barragens; c)
Conclusão; d) Referências bibliográficas; e) Anexo.
2 BARRAGENS
2.1 Definição
Uma das definições de barragem é a de um elemento estrutural construído
no sentido transversal à direção de um curso d'água visando a criação de um
reservatório artificial de água, também conhecido como albufeira.
Geralmente, o que leva a construção de uma barragem é o seu
aproveitamento hidroelétrico; a regularização das vazões do rio; a obtenção da água
para uso doméstico e industrial; controle de inundações; irrigação; etc. Na verdade,
os motivos para a construção de uma barragem podem ser explorados isolados ou
de forma conjunta. O grande exemplo é a Barragem de Três Gargantas, construída
no rio Yangtzé(ou rio Azul), maior rio da China. A construção da barragem auxilia na
prevenção de enchentes, na geração de energia(maior hidro-életrica do mundo) e
facilita o transporte fluvial.
Na verdade, a construção de barragens não é um assunto novo para o
homem, uma vez que as primeiras barragens foram construídas pelas civilizações
do antigo Crescente Fértil(Egito e Mesopotâmia). Somente no nordeste brasileiro,
existem cerca de 70.000 pequenos açudes. Sem contar o alto potencial
hidro-életrico que nosso país possui.
Até 2009, a maior hidroelétrica do mundo era a de Itaipu(que teve seu
potencial ultrapassado com a inauguração de 26 turbinas). E, da mesma forma que
a Barragem de Três Gargantas tem um papel importantíssimo para o
desenvolvimento sócio-econômico chinês, a barragem de Itaipu teve e continua
tendo papel semelhante no Brasil e no Paraguai. Suas dimensões são as seguintes:
196 metros de altura; 7,7 km de comprimento; e 1.350 km² de área alagada.
2.2 O papel da Geologia
A história mostra que boa parte dos insucessos de barragens são
causados por erros de geologia que erros de engenharia. Erros como defeitos na
fundação, na base e nos flancos da barragem ou ainda a fuga de água por baixo da
barragem. O desconhecimento da geologia por parte de engenheiros são os
responsáveis por tais erros.
Um exemplo de erro de geologia foi a tragédia de Vayont, Itália, onde
cerca de três mil pessoas morreram. O motivo da tragédia foi escorregamento de
200.000.000 m³ de terra a montante da barragem, ocasionando uma onda
gigantesca que varreu a cidade de Longarone. A 7ª maior barragem do mundo não
teve sequer uma fissura em seus 262 metros de altura e 160 metros de
comprimento. Se houvesse um maior conhecimento da geologia local, tal tragédia
poderia ter sido evitada.
2.3 Elementos de uma barragem
No conjunto de obras de construção de uma barragem, são encontrados
os seguintes elementos: ensecadeira, túneis de desvio, vertedouro e tomada d'água.
Vejamos suas definições:
Ensecadeira - elemento encarregado de desviar, total ou parcialmente, as águas do
leito do rio com o objetivo de permitir o tratamento das fundações nessa área.
Túneis de desvio - elemento com objetivo semelhante ao da ensecadeira, sendo
este construído em cursos d'água em vales íngremes, e quando possível, em locais
onde existam curvas. Em grande parte dos casos, este mesmo túnel é usado como
túnel de adução, transportando água do reservatório para a casa de máquinas.
Vertedouro - elemento que funciona como dispositivo de segurança, para controlar a
vazão do curso d'água evitando que esta assuma valores que possam comprometer
a estrutura da barragem e até impedir que o nível máximo interfira nas propriedades
agrícolas ou industriais a jusante da barragem. Sua capacidade máxima é calculada
para permitir o escoamento máximo(enchente catastrófica).
Tomada d'água - elemento representado pelo conjunto de obras que permite a
retirada, do reservatório, da água a ser utilizada. O tipo de tomada d'água varia de
acordo com o tipo de barragem.
2.4Forças que atuam numa barragem
Toda barragem está sujeita a ação de um conjunto de forças distintas.
Vejamos algumas dessas forças: Peso da Barragem, Empuxo Hidrostático a
Montante, Subpressão da Água, Reação da Fundação, etc.
Peso da Barragem - seu valor é facilmente calculado. Depende do volume da
barragem e do Peso Específico dos materiais empregados na sua construção.
Empuxo Hidrostático a Montante - seu valor varia de acordo com o tipo da face
montante. Sendo ela vertical, o valor da força é apenas o valor do Empuxo
Hidrostático. Sendo ela inclinada, além do Empuxo Hidrostático também leva-se em
consideração o Peso da Água nessa face.
Subpressão da Água - parte da água, mesmo com todas medidas tomadas no
projeto e na construção da barragem, escoará, sob pressão, entre a barragem e as
fundações. Devido a isso, o Peso da Barragem será parcialmente suportado por
essa água, o que levará a uma redução da Reação da Fundações.
Reação da Fundação - é uma força de mesmo valor e sentido oposto a força
resultante(composta por todas forças atuantes na barragem).
2.5Tipos de Barragens
Existem várias formas de se classificar barragens. Iremos abordar a
classificação pelo tipo de materiais empregados na construção das barragens:
concreto, terra e enrocamento.
Barragens de Concreto - Este tipo de barragem se subdivide em outros dois tipos:
Barragem Tipo Gravidade - barragem de concreto mais resistente e de menor custo
de manutenção. Tem como vantagem o fato de pode ser adaptado para todos locais,
mas em contra-partida sua altura é limitada pela resistência das fundações.
Comparadas com as barragens de terra ou de enrocamento, as de concreto tipo
gravidade são mais caras.
1) Barragem Tipo Arco - barragem muito comum na Europa, devido a facilidade de
encontrar vales profundos e fechados, uma vez que o comprimento da barragem
deve ser pequeno quando comparado com sua altura. Sem contar que o material
rochoso deve ser capaz de suportar os esforços transmitidos.
2) Barragens de Terra - Tipo de barragem construído desde a antiguidade, com
algumas chegando a dimensões consideráveis. Até o início do século XX, quando
surgiram os primeiros procedimentos de projeto dessa obra, o histórico de acidentes
com este tipo de barragem é imenso. Hoje em dia, já se pode construir barragens de
terra com mais de 150m de altura. São as mais elementares obras de barragem e
qualquer tipo de fundação funciona, sendo muito utilizado terrenos construídos de
materiais inconsolidados. São subdivididas em dois tipos:
1) Barragem Tipo Homogêneo - é aquele composto de uma única espécie de
material, excluindo-se a proteção dos taludes. Esse material precisa ser
suficientemente impermeável, para formar uma barreira adequada contra a água. Já
os taludes precisam ser relativamente suaves, para uma estabilidade adequada.
2) Barragem Tipo Zonado - possui um núcleo central impermeável, envolvido por
zonas de materiais consideravelmente mais permeáveis. Essas zonas suportam e
protegem o núcleo e consistem de areia, cascalho ou fragmentos de rocha, ou uma
mistura desses materiais.
Barragens de Enrocamento - Tipo de barragem em que são utilizados blocos de
rocha de tamanho variável e uma membrana impermeável na face de montante.
Viável apenas em regiões onde o custo do concreto é elevado ou onde há escassez
de materiais terrosos e excesso de rocha dura e resistente. Deve-se lembrar que a
rocha de fundação adequada para uma barragem de enrocamento pode não ser
aceitável para uma de concreto. Para este tipo de barragem, é necessária uma
rocha que seja difícil de ser quebrada um desintegrada por ação de intemperismo.
Ex: gnaisse, diabásio, etc. Os blocos dessa rocha devem ser colocados de modo a
se obter o maior contato e os vazios entre eles devem ser preenchidos por um
material de menor tamanho.
2.6 Seleção do tipo de barragem
Para escolher o tipo de barragem a ser construído em um local, deve-se
observar os seguintes aspectos:
1) Segurança da Obra – referente às condições do próprio local, como: condições
geológicas, configuração do vale e dimensões da obra.
2) Custo da obra – referente ao preço e à disponibilidade de material. Por exemplo,
se o local não apresentar rochas resistentes em grande quantidade, deve-se evitar
construir barragens de concreto e de enrocamento, pois pode incrementar
profundamente o custo da obra.
Além dos critérios supracitados, deve ser considerada uma série de
fatores físicos que governam a seleção do tipo de barragem. É impossível dizer que
um tipo de barragem é mais adequado ou mais viável para um local. Na hora de se
determinar o melhor tipo de barragem para tal local, devem ser consideradas as
características físicas do local, o objetivo da obra, fatores econômicos, de
segurança, etc. Normalmente, o maior fator individual que determina a escolha final
é o custo da construção. Os fatores físicos, expostos a seguir, são também
importantes:
1) Topografia – determina, logo de cara, as primeiras alternativas para o tipo de
barragem. Se o local estudado estiver localizado num vale estreito com paredes
rochosas, a sugestão mais óbvia será uma barragem de concreto. Porém, em áreas
planas e vales bastante abertos, sugere-se a barragem de terra.
2) Geologia e Condições das Fundações – a depender da espessura e
características físicas, químicas e mineralógicas da rocha é que se caracteriza a
fundação que suportará o peso da barragem. Dentre as características incluem a
permeabilidade, a presença ou não de determinadas estruturas, xistosidade, dobras,
fraturas, etc. A altura da barragem está diretamente ligada com estas condições.
Vejamos a seguir as condições de fundações geralmente encontradas:
a) - Rocha Sã e Sólida – aceita, na maioria das vezes, qualquer tipo de barragem.
Inclui a escavação da camada superficial quando alterada (mesmo sendo rocha) e o
tratamento eventual por injeção, para consolidação.
b) - Sedimentos (Aluviões) - incluem os cascalhos, areias, siltes e argilas. Os
cascalhos estão sujeitos à intensa percolação, os siltes e as areias ocasionam
recalques e percolação, e as argilas sofrem recalques, principalmente quando
saturadas de água. Dependendo do tipo de barragem, da sua altura e com aplicação
de tratamentos adequados, qualquer desses materiais poderá ser utilizado.
3) Materiais de Construção – são os mais variados e devem estar localizados o mais
próximo possível do local da barragem. Esses materiais são os seguintes:
a) solos, para barragens de terra.
b) rocha, para barragens de enrocamento e proteção dos taludes.
c) agregado, para concreto, que inclui areia, cascalho natural e pedra britada.
d) areia, para filtros e concretos..
2.7 Fases Gerais no Estudo de Barragens
Toda obra agrupa diferentes equipes especializadas de técnicos que
visam, à medida do possível, a seguinte sequência:
1) Levantamento Topográfico - fase responsável pela análise das características
geográficas e topográficas do curso a ser estudado. Baseado nessa análise,
verificam-se as secções transversais mais favoráveis para uma barragem, calcula-se
a área de inundação das secções escolhidas e obtém-se o perfil longitudinal do
curso d’água.
2) Dados Hidrológicos – fase responsável pela definição das características
hidrológicas da bacia hidrográfica do curso d’água estudado, calculando-se as
vazões médias diárias, mensais e anuais. De acordo com essa vazão é que se tem
uma idéia da potência da barragem.
3) Mapeamento e Estudo Geológico – fase onde se faz o levantamento dos
seguintes itens:
a) Mapeamento geológico da área
b) Estudo da rocha de fundação
c) Estudo dos materiais de construção
Para que isso seja feito, é normal separar os trabalhos geológicos em
duas etapas. Na primeira etapa, chamada de trabalho preliminar, o trabalho é
apenas de reconhecimento, estimando a geologia da área, o tipo da rocha de
fundação e os materiais de construção. Na segunda etapa, chamada de trabalho de
detalhe, se os dados colhidos nos trabalhos preliminares forem favoráveis para a
localização de uma barragem, então faz-se um estudo mais detalhado dos mesmos.
4) Planejamento – fase onde os projetistas responsáveis pelo planejamento
escolhem o tipo de barragem mais adequado e suas dimensões, levando-se em
consideração as informações obtidas anteriormente.
5) Orçamento – fase onde se analisa os projetos propostos pelo grupo de
planejamento e se calcula o preço do kw a ser obtido, por estimativa de quantidade
e preços dos materiais de construção a serem utilizados e das escavações de terra
e rocha, indenizações das propriedades a serem inundadas, etc., e de acordo com
esse preço obtido, escolher o melhor projeto.
3 CONCLUSÃO
Ao pesquisar sobre barragens, percebi a importância da geologia na
construção das mesmas. Vi o quanto é importante o conhecimento da geologia local
para evitar desastres como o da barragem Vayont. E aprendi também os tipos de
barragens.
REFERÊNCIAS
DIAS, J. O Caso da Barragem de Vaiont. - 2006.
CARBAJO, E. Barragens - Riscos, Acidentes e Aprendizado. - 2005.
CHIOSSI, N. Geologia Aplicada à Engenharia - 1975