Critérios de projeto de barragens de concreto à gravidade

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ

JOSÉ LUCAS SOBRAL MARQUES

RODOLFO ROSENDO DE CARVALHO

CRITÉRIOS DE PROJETO DE BARRAGENS DE CONCRETO À GRAVIDADE:

UMA VISÃO DE SUSTENTABILIDADE

CURITIBA

2013



CRITÉRIOS DE PROJETO DE BARRAGENS DE CONCRETO À GRAVIDADE:


Trabalho de conclusão de curso apresentado à disciplina Trabalho Final de Curso

como requisito parcial para à conclusão do curso de Engenharia Civil, Setor de

tecnologia, Universidade Federal do Paraná.

Orientador: Prof. Dr. José Marques Filho

CURITIBA

2013

TERMO DE APROVAÇÃO



CRITÉRIOS DE PROJETO DE BARRAGENS DE CONCRETO Â GRAVIDADE:


Trabalho de conclusão de curso aprovado como requisito parcial para a

conclusão do curso de Engenharia Civil na Universidade Federal do Paraná, pela

seguinte banca examinadora:

____________________________________ Prof. Dr. José Marques Filho Orientador – Departamento de Construção Civil, UFPR

_______________________________ Prof. MSc. José de Almendra Freitas Júnior Departamento de Construção Civil, UFPR.

___________________________________ Prof. Phd. Marcos Antônio Marino Departamento de Construção Civil, UFPR.

Curitiba, 18 de março de 2013.

AGRADECIMENTOS

Primeiramente, a Deus pela dádiva da vida.

Aos nossos pais, pelo apoio e amor incondicional.

Aos nossos irmãos pela amizade e companheirismo.

Ao nosso professor orientador José Marques Filho pelo tempo dedicado,

paciência e pela amizade.

À turma de Engenharia Civil de 2008 da UFPR pela contribuição na nossa

formação como profissionais e, acima de tudo, como indivíduos.

A Camila e Heloísa pela paciência e carinho dedicados.

Aos mestres por acreditarem no nosso potencial em meio a tantos desafios.

Às empresas Intertechne S. A. e VLB Engenharia e Consultoria Ltda. pela

disponibilização de material para consulta no desenvolvimento do presente trabalho.

RESUMO

No ano de 2012, a humanidade passou a ser composta por mais de sete bilhões de indivíduos, cujas necessidades de moradia, saúde, água e energia devem ser satisfeitas, para que todos desfrutem de uma qualidade de vida digna. Este crescimento levou ao mundo uma política socioambiental mais ativa, gerando esforços na direção da sustentabilidade. A construção civil possui papel relevante nas mudanças, não só nos números econômicos e geração de empregos, mas na utilização intensa de recursos naturais e na geração de resíduos e poluição, principalmente na emissão de Gases do Efeito Estufa - GEE. Em termos mundiais a produção de energia também é grande geradora de GEE, gerando a necessidade de investimentos em fontes de energia renováveis. Além de seu papel na contribuição para a segurança do fornecimento de energia e reduzir a dependência do país de combustíveis fósseis, a energia hídrica oferece oportunidades para o alívio da pobreza e desenvolvimento sustentável. O Brasil têm um dos maiores potênciais para exploração da energia hidráulica, mas passa hoje por um processo de desconfiança socioambeintal nesse tipo de solução. A geração do sistema elétrico brasileiro é fortemente pautada em fontes renováveis, pois é muito dependente da hidroeletricidade, o sistema elétrico é fortemente dependente da disponibilidade hídrica. As barragens são estruturas que apresentam um risco potencial elevado, motivo pelo qual os regulamentos de segurança prescrevem atividades de acompanhamento e observação, por instrumentação, inspeção visual ou ensaios específicos. A escolha do tipo de barragem dependerá, principalmente, da existência de material qualificado para sua construção, dos aspectos geológicos e geotécnicos, e da conformação topográfica do local da obra. O presente trabalho apresenta os critérios de verificação de estabilidade global para barragens de concreto à gravidades da ELETROBRÁS e dos órgãos internacionais U. S. Army Corps of Enginners e U. S. Bureau of Reclamation, criando um manual para verificação dos critérios de estabilidade e apresenta os fenômenos físicos relacionados. Após a apresentação dos conceitos, apresenta-se uma análise de sensibilidade de estabilidade global para seções típicas de barragens de concreto compactado com rolo, variando a altura, a inclinação do paramento de jusante, os parâmetros da interface concreto fundação e a inclinação do leito do rio. Mostra-se claramente a importância fundamental da avaliação adequado dos parâmetros de fundação, e a influência significativa da altura em relação à geometria da barragem e da inclinação da fundação. Palavras Chave: barragens, concreto, estabilidade, barragem de concreto à gravidade

ABSTRACT

In 2012, the Earth’s population has more than 7 billion inhabitants. Their energy,

water, health and housing needs must be furnished by Civil Engineering, in order to

provide dignity and decent standard of living for them. The accelerated growth in the

last centuries generated the necessity of a new social and environmental approach.

Building have been recognized as one of the most intensive user of natural resources

and this activity produces a significant amount of waste and Green House Gas

(GHG) emition. Power and energy industries are relevant producers of GHG emitions

too, and renewable energy development is a worldwide necessity. In particular,

hydropower energy is a great option to minimize GHG emitions, and Brazil has a big

hydropower potential and the nation has an integrated transmition grid that permits to

optimize the energy availability. Most of the eletricity power used in Brazil is obtained

from Hydropower plants and the country has a enormous potential to be used to

energy supply. In spite of the benefits of hydropower plants, their development has a

significant society distrust and rejection. This paper aims to furnish arguments to

discuss about dams, their effects and safety. In order to enlight the several physical

concepts analized, this document presents the main wordwide Stability Analysis

Criteria, and performed a sensitivity analysis on Rolled Compacted Concrete Gravity

Dams typical cross section. The studied parameters are dam heigth, rock-concrete

interface strength parameters, downstream slope and foundation slope. The results

show the relevance of geological parameters investigations and the relationship dam

shape X heigth.

Keywords: dams, concrete, stability analysis, concrete gravity dam

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1 – DESENVOLVIMENTO HISTÓRICO DA OFERTA GLOBAL DE

ENERGIA PRIMÁRIA A PARTIR DE FONTE RENOVÁVEL

1971-2008 .......................................................................................... 21

FIGURA 2 – POTENCIAL DE MITIGAÇÃO ............................................................ 29

FIGURA 3 – SUPRIMENTO MUNDIAL DE ENERGIA ........................................... 31

FIGURA 4 – HIDRELÉTRICAS POR REGIÕES NO MUNDO: POTÊNCIA

INSTALADA E GERAÇÃO ................................................................. 32

FIGURA 5 – DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA NO PLANETA ............................................ 34

FIGURA 6 – ETAPAS DE IMPLANTAÇÃO DE APROVEITAMENTOS

HIDROELÉTRICOS ........................................................................... 36

FIGURA 7 – POTENCIAL HIDRELÉTRICO BRASILEIRO ....................................... 38

FIGURA 8 – FLUXOGRAMA DA ETAPA DE PLANEJAMENTO DOS

ESTUDOS .......................................................................................... 42

FIGURA 9 – FLUXOGRAMA DA ETAPA DE ESTUDOS PRELIMINARES .............. 43

FIGURA 10 – FLUXOGRAMA DA ETAPA DE ESTUDOS FINAIS ........................... 44

FIGURA 11 – FLUXOGRAMA DA AAI DA ALTERNATIVA SELECIONADA ............ 45

FIGURA 12 – HITÓRICO DA MATRIZ ELÉTRICA .................................................... 55

FIGURA 13 – PERSPECTIVA PARA MAIOR DIVERSIFICAÇÃO DA MATRIZ

ENERGÉTICA E AUMENTO DA PARTICIÁÇÃO DA CANA-DE-

AÇUCAR E DO GÁS NATURAL ........................................................ 57

FIGURA 14 – CORTE TRANSVERSAL DE UMA BARRAGEM EM ATERRO .......... 59

FIGURA 15 – CORTE TRANSVERSAL DE UMA BARRAGEM DE GRAVIDADE .... 59

FIGURA 16 – CORTE TRANSVERSAL DE UMA BARRAGEM EM ARCO .............. 60

FIGURA 17 – SEÇÃO TRANSVERSAL DE UMA BARRAGEM DE CONCRETO

A GRAVIDADE ................................................................................... 66

FIGURA 18 – VISTA DE JUSANTE DE UMA BARRAGEM DE CONCRETO A

GRAVIDADE ...................................................................................... 67

FIGURA 19 – USINA DE ITAIPU .............................................................................. 70

FIGURA 20 – MODELO DE DIMENSIONAMENTO EM FUNÇÃO DA

TEMPERATURA E ANÁLISE GRÁFICA DAS VARIAÇÕES

VOLUMÉTRICAS ............................................................................... 72

FIGURA 21 – UHE SALTO CAXIAS ......................................................................... 74

FIGURA 22 – BARRAGEM da UHE MAUÁ NA FASE FINAL CONSTRUÇÃO ........ 75

FIGURA 23 – PRAÇA TIPA DA BARRAGEM DE SALTO CAXIAS .......................... 76

FIGURA 24 – SEÇÃO TÍPICA DE BARRAGEM DE CONCRETO A

GRAVIDADE ...................................................................................... 80

FIGURA 25 – DIAGRAMAS DE TENSÕES EM BARRAGENS DE CONCRETO

À GRAVIDADE ................................................................................... 83

FIGURA 26 – ESQUEMA COM OS PRINCIPAIS CARREGAMENTOS ................... 85

FIGURA 27 – SUBPRESSÃO SEM LINHA DE DRENOS OU DRENOS

INOPERANTES E PRESSÕES HIDROSTÁTICAS ........................... 87

FIGURA 28 – SUBPRESSÃO COM ABERTURA DE FISSURA DEVIDO AO

SURGIMENTO DE TENSÕES DE TRAÇÃO E PRESSÕES

HIDROSTÁTICAS .............................................................................. 88

FIGURA 29 – SUBPRESSÃO COM UMA LINHA DE DRENOS OPERANTE .......... 89

FIGURA 30 – SUBPRESSÃO COM DUAS LINHAS DE DRENOS OPERANTES .... 90

FIGURA 31 – SUBPRESSÃO SEM LINHA DE DRENAGEM – CRITÉRIO U. S.

ARMY CORPS OF ENGINEERS ....................................................... 91

FIGURA 32 – SUBPRESSÃO COM LINHA DE DRENAGEM COM X > 0,05 H1

– CRITÉRIO U. S. ARMY CORPS OF ENGINEERS ......................... 92

FIGURA 33 – SUBPRESSÃO COM LINHA DE DRENAGEM COM X ≤ 0,05 H1


FIGURA 34 – SUBPRESSÃO COM LINHA DE DRENAGEM E ABERTURA DE

FISSURA ENTRE FACE MONTANTE E LINHA DE DRENAGEM



FISSURA ALÉM DA LINHA DE DRENAGEM – CRITÉRIO U. S.

ARMY CORPS OF ENGINEERS ....................................................... 96

FIGURA 36 – SUBPRESSÃO COM LINHA DE DRENAGEM – CRITÉRIO U. S.

BUREAU OF RECLAMATION ........................................................... 97


FISSURA – CRITÉRIO U. S. BUREAU OF RECLAMATION ............. 98

FIGURA 38 – FORÇA DE EMPUXO DEVIDO A SEDIMENTOS NO PÉ DE

MONTANTE DA BARRAGEM ............................................................ 99

FIGURA 39 – FORÇAS SÍSMICAS NA BARRAGEM ............................................. 100

FIGURA 40 – PRESSÕES HIDRODINÂMICAS DEVIDO A AÇÕES SÍSMICAS .... 100

FIGURA 41 – CASO DE CARREGAMENTO Nº 4 – CONDIÇÃO LIMITE - U. S.

ARMY CORPS OF ENGINEERS ..................................................... 103

FIGURA 42 – CASO DE CARREGAMENTO Nº 5 – CONDIÇÃO

EXCEPCIONAL - U. S. ARMY CORPS OF ENGINEERS ............... 103

FIGURA 43 – CASO DE CARREGAMENTO Nº 6 – CONDIÇÃO LIMITE - U. S.

ARMY CORPS OF ENGINEERS (1995) .......................................... 104

FIGURA 44 – DESLIZAMENTO NA ESTRUTURA ................................................. 109

FIGURA 45 – DESLIZAMENTO NO CONTATO ESTRUTURA-FUNDAÇÃO ......... 110

FIGURA 46 – DESLIZAMENTO NA FUNDAÇÃO ................................................... 110

FIGURA 47 – ENVOLTÓRIA LINEARIZADA DOS CÍRCULOS DE MOHR ............ 112

FIGURA 48 – ENVOLTÓRIA DE RESISTÊNCIA .................................................... 113

FIGURA 49 – 100% DA BASE COMPRIMIDA - RESULTANTE DENTRO DO

NÚCLEO CENTRAL DE INÉRCIA ................................................... 120

FIGURA 50 – 100% DA BASE COMPRIMIDA - RESULTANTE NA POSIÇÃO

MAIS AFASTADA DO NÚCLEO CENTRAL DE INÉRCIA ............... 120

FIGURA 51 – BASE NÃO TOTALMENTE COMPRIMIDA - RESULTANTE

FORA DO NÚCLEO CENTRAL DE INÉRCIA .................................. 120

FIGURA 52 – SEÇÃO TÍPICA PARA O ESTUDO DE SENSIBILIDADE DE

ALGUNS PARÂMETROS ................................................................ 122

FIGURA 53 – SEÇÃO TÍPICA PARA O ESTUDO DA VARIAÇÃO DO ÂNGULO

ENTRE A BARRAGEM E A FUNDAÇÃO ........................................ 123

LISTA DE TABELAS

QUADRO 1 – EMISSÕES DE CO2 POR PRODUTO ............................................... 28

QUADRO 2 – APROVEITAMENTOS HIDRELÉTRICOS POR FAIXA DE

POTÊNCIA ....................................................................................... 38

QUADRO 3 – ENERGIA HIDRÁULICA NO BRASIL ................................................. 40

QUADRO 4 – PRAZO DE VALIDADE DAS LICENÇAS AMBIENTAIS ..................... 49

QUADRO 5 – OFERTA INTERNA DE ENERGIA ELÉTRICA ................................... 54

QUADRO 6 – CONFIGURAÇÃO DA OFERTA DE ELETRICIDADE POR

FONTE ............................................................................................. 54

QUADRO 7 – FATORES DE SEGURANÇA MÍNIMOS PARA A ANÁLISE DE

ESTABILIDADE À FLUTUAÇÃO ................................................... 107


ESTABILIDADE AO TOMBAMENTO - ELETROBRÁS ................. 109

QUADRO 9 – LOCALIZAÇÃO DA FORÇA RESULTANTE NA BASE – U. S.

ARMY CORPS OF ENGINEERS ................................................... 109

QUADRO 10 – FATORES DE REDUÇÃO PARA A ANÁLISE DE

ESTABILIDADE AO ESCORREGAMENTO - ELETROBRÁS ....... 115


ESTABILIDADE AO ESCORREGAMENTO - U. S. ARMY

CORPS OF ENGINEERS .............................................................. 116


ESTABILIDADE AO ESCORREGAMENTO - U. S. BUREAU

OF RECLAMATION ....................................................................... 117


TENSÕES - U. S. BUREAU OF RECLAMATION .......................... 118

QUADRO 14 – SIMULAÇÕES PARA VERIFICAÇÃO DE ESTABILIDADE

GLOBAL ......................................................................................... 124

QUADRO 15 – FATORES DE SEGURANÇA AO TOMBAMENTO - CCN ............. 126

QUADRO 16 – FATORES DE SEGURANÇA AO TOMBAMENTO - CCE .............. 127

QUADRO 17 – FATORES DE SEGURANÇA AO TOMBAMENTO - CCL .............. 127

QUADRO 18 – FATORES DE SEGURANÇA AO DESLIZAMENTO - CCN – X =

0,65 ................................................................................................ 130

QUADRO 19 – FATORES DE SEGURANÇA AO DESLIZAMENTO - CCE – X =

0,65 ................................................................................................ 131

QUADRO 20 – FATORES DE SEGURANÇA AO DESLIZAMENTO - CCL – X =

0,65 ................................................................................................ 132


0,70 ................................................................................................ 133


0,70 ................................................................................................ 135


0,70 ................................................................................................ 135


0,75 ................................................................................................ 136


0,75 ................................................................................................ 138


0,75 ................................................................................................ 138


0,80 ................................................................................................ 140


0,80 ................................................................................................ 141


0,80 ................................................................................................ 142

QUADRO 30 – TENSÕES DE COMPRESSÃO NA BASE E % DA BASE

COMPRIMIDA - CCN – X = 0,65 ................................................... 145


COMPRIMIDA - CCE – X = 0,65 .................................................... 145


COMPRIMIDA - CCL – X = 0,65 .................................................... 145


COMPRIMIDA - CCN – X = 0,70 ................................................... 146


COMPRIMIDA - CCE – X = 0,70 .................................................... 146


COMPRIMIDA - CCL – X = 0,70 .................................................... 146


COMPRIMIDA - CCN – X = 0,75 ................................................... 146


COMPRIMIDA - CCE – X = 0,75 .................................................... 147


COMPRIMIDA - CCL – X = 0,75 .................................................... 147


COMPRIMIDA - CCN – X = 0,80 ................................................... 147


COMPRIMIDA - CCE – X = 0,80 .................................................... 147


COMPRIMIDA - CCL – X = 0,80 .................................................... 148

QUADRO 42 – FATORES DE SEGURANÇA AO TOMBAMENTO – BASE

INCLINADA .................................................................................... 148

QUADRO 43 – FATORES DE SEGURANÇA AO DESLIZAMENTO – BASE

INCLINADA .................................................................................... 149


COMPRIMIDA – BASE INCLINADA .............................................. 149

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABMS Associação brasileira de mecânica dos solos e engenharia

geotécnica

ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica

ACI American Concrete Institute

ANA Agência Nacional de Águas

B Largura

c Coesão

CAR Concreto de Alta Resistência

CBDB Comitê Brasileiro de Barragens

CBGB Comitê Brasileiro de Grandes Barragens

CCC Condição de Carregamento de Construção

CCE Condição de Carregamento Excepcional

CCEE Câmara de Comercialização de Energia

CCL Condição de Carregamento Limite

CCN Condição de Carregamento Normal

CCN Condição de Carregamento Normal

CCR Concreto Compactado com Rolo

CEBDS Conselho Empresarial Brasileiro para o Desenvolvimento

Sustentável

CIGB Commission Internationale des Grands Barrages

CMSE Comitê de Monitoramento do Setor Elétrico

CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente

CO2 Dióxido de Carbono

E Empuxo

EPE Empresa de Pesquisa Energética

ELETROBRÁS Centrais Elétricas Brasileiras S.A.

fck Resistência característica à compressão do concreto

FSD Fator de Segurança ao Deslizamento

FSD Fator de minoração da resistência devida ao atrito

FSDc Fator de minoração da resistência devida à coesão

FSF Fator de Segurança à Flutuação

FEPAM Fundação Estadual de Proteção Ambiental Henrique Luiz

Roessler

FIRJAN Federação das Indústrias do Estado do Rio de Janeiro

FUNAI Fundação Nacional do Índio

GEE Gases do Efeito Estufa

g Gravidade

GW Gigawatt

Hm Altura da coluna de água de montante

i Gradiente Hidráulico

IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística

IBAMA Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos

Naturais Renováveis

IBRACON Instituto Brasileiro do Concreto

ICOLD International Commission on Large Dams

IHA International Hydropower Association

IPCC International Panel on Climate Change

IPHAN Instituto do Patrimônio Histórico e Artístico Nacional

k Coeficiente de permeabilidade

kg Quilo

km.a.a. Quilômetro por ano

kN Quilonewton

LI Licença Prévia

LP Licença Instalação

LO Licença de Operação

m Metro

mm Milímetro

MME Ministério de Minas e Energia

MP Ministério Público

MPU Ministério Público da União

MW Megawatt

m³ Metro cúbico

m/s Metro por segundo

N.A. Nível de água

NBR Norma Brasileira

ONS Operador Nacional do Sistema Elétrico

ONU Organização das Nações Unidas

P Peso próprio

ppm Partículas por milhão

PCH Pequena Central Hidrelétrica

PIB Produto Interno Bruto

SIN Sistema Interligado Nacional

SISNAMA Sistema Nacional do Meio Ambiente

TWh Terawatt/hora

UFPR Universidade Federal do Paraná

UHE Usina hidrelétrica

USBR United States Department of the Interior Bureau of

Reclamation

V Volume

WWF World Wildlife Fund

WCD World Commissions on Dams

µm Micrômetro

γ Peso específico do concreto

μ Subpressão

σ Tensão Normal no Concreto

σe Tensão normal efetiva

σt Tensão normal total

τ Tensão Tangencial

Ângulo de atrito

Peso específico da água

∑Me Somatório de todos os momentos estabilizantes em relação

ao ponto considerado

∑Mt Somatório de todos os momentos de tombamento

∑U Somatório de todos os esforços verticais gerados pela

subpressão em uma seção estudada

∑V Somatório de todas as forças gravitacionais geradas pelo

peso próprio e as cargas permanentes mínimas da estrutura

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO .................................................................................................. 18

1.1. IMPORTÂNCIA DO TRABALHO ...................................................................... 20

1.2. OBJETIVOS DO TRABALHO ........................................................................... 24

1.3. ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO ..................................................................... 24

2. SUSTENTABILIDE ........................................................................................... 26

3. EMPREENDIMENTOS HIDRÁULICOS ............................................................ 34

3.1. LICENÇAS AMBIENTAIS ................................................................................. 45

3.2. SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO .................................................................... 50

3.3. TIPOS DE BARRAGEM .................................................................................... 57

3.4. ANÁLISE DE RISCO E SEGURANÇA DE BARRAGENS ................................ 61

4. BARRAGENS DE CONCRETO À GRAVIDADE ............................................. 65

4.1. VERIFICAÇÃO DA SEGURANÇA .................................................................... 68

4.1.1. Tipos de concreto utilizados ......................................................................... 69

4.1.1.1. Concreto Massa ........................................................................................ 69

4.1.1.2. Concreto Compactado com rolo (CCR) .................................................... 73

4.1.2. Exploração do Subsolo ................................................................................ 77

4.1.3. Conceito de Subpressão .............................................................................. 79

5. ANÁLISE DE ESTABILIDADE GLOBAL DA ESTRUTURA ............................ 84

5.1. AÇÕES ATUANTES ......................................................................................... 85

5.1.1. Peso Próprio ................................................................................................ 85

5.1.2. Pressões Hidrostática .................................................................................. 86

5.1.3. Subpressão – Pressão Intersticiais no Concreto .......................................... 86

5.1.3.1. Eletrobrás (2003) ...................................................................................... 87

5.1.3.2. U. S. Army Corps of Engineers (1995) ...................................................... 91

5.1.3.3. U. S. Bureau of Reclamation (1976) ......................................................... 96

5.1.4. Empuxo Devido a Presença de Material Assoreado .................................... 98

5.1.5. Ações Sísmicas ............................................................................................ 99

5.2. CONDIÇÕES DE CARREGAMENTO ............................................................. 101

5.3. VERIFICAÇÕES DE ESTABILIDADE GLOBAL ............................................. 105

5.3.1. Segurança à Flutuação .............................................................................. 106

5.3.2. Segurança ao Tombamento ....................................................................... 107

5.3.3. Segurança ao Deslizamento ...................................................................... 109

5.3.4. Avaliação das tensões ............................................................................... 117

6. ANÁLISE DE SENSIBILIDADE ...................................................................... 122

6.1. CARACTERÍSTICA DOS MATERIAIS ............................................................ 125

6.2. CRITÉRIOS DE VERIFICAÇÃO DE ESTABILIDADE GLOBAL ..................... 125

6.3. RESULTADOS ................................................................................................ 125

7. CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................ 152

8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................... 156

18

1. INTRODUÇÃO

No ano de 2012, a humanidade passou a ser composta por mais de sete

bilhões de indivíduos, cujas necessidades de moradia, saúde, água e energia devem

ser satisfeitas, para que todos desfrutem de uma qualidade de vida digna. O

crescimento da humanidade continua expressivo. Segundo a ONU (2013) em 1950 a

população mundial era de 2,6 bilhões de pessoas, segundo suas estimativas em 11

de julho de 1987 a população chegou a 5 bilhões e atingiu a marca de 6 bilhões em

12 de outubro de 1999, e em 2011 chegou a 7 bilhões. Há no planeta, 1,4 bilhões de

pessoas sem acesso de energia de fonte confiável (WWF, 2011). Analisando todos

esses dados, cabe à Engenharia Civil a responsabilidade por toda infraestrutura

necessária à manutenção da vida, sendo responsável diretamente pela integridade

do tecido social necessário aos conglomerados humanos.

As necessidades de infraestrutura são supridas pela Engenharia Civil

através de empreendimentos que utilizam intensivamente recursos naturais e mão-

de-obra para sua execução, sendo muitos destes insumos não renováveis. Esta

característica indica a necessidade de utilização responsável, com otimização da

solução empregando tecnologias cada vez mais avançadas e soluções com a maior

durabilidade possível. Os produtos a base de cimento e metais são emissores de

grande quantidade de gases do efeito estufa, a partir de agora denominados GEE,

pela necessidade de energia para sua obtenção e pelas reações químicas que os

geram, em particular a calcinação do calcário (JOHN e ISAIA, 2010).

Dentre as desafios de suprimento de infraestrutura destacam-se a

necessidade de fornecimento de água e energia. De acordo com Marques Filho

(2012), a humanidade depende totalmente dos recursos hídricos para sua

sobrevivência, e devido à sua sazonalidade intrínseca é necessário armazenamento

para otimização de seu uso, incluindo para consumo humano, agropecuária e

indústria. A criação de reservatórios artificiais gerou a concepção de vários tipos de

barragens, que produzem naturalmente desníveis consideráveis de água nos

aproveitamentos hidráulicos, que podem ser utilizados para a produção de energia.

Respeitadas as questões socioambientais, a energia proveniente dos

aproveitamentos hidráulicos representa uma alternativa para geração de energia

renovável e relativamente limpa.

19

Nos últimos anos, o Brasil passa por mudança significativa do seu perfil

econômico apresentando aumento de crescimento e de acesso de camadas da

sociedade mais desfavorecidas aos bens de consumo, segundo o IBGE (2011) a

taxa de atividade de pessoas economicamente ativas na população de 15 ou mais

anos de idade atingiu 63,7% no Brasil. Evidenciando ainda mais essa mudança do

perfil brasileiro, de 2000 a 2010, o rendimento médio mensal do trabalho principal

dos trabalhadores por conta própria e a de todas as categorias dos empregados

cresceu e o ganho real no rendimento médio mensal do total dos empregados foi de

15,8% (IBGE, 2011). Nas crises econômicas dos anos 80 e 90, o país passou por

dificuldades significativas que diminuíram os investimentos em infraestrutura de

grande porte, sendo desmanteladas as equipes de projeto e construção, bem como

houve um redirecionamento dos cursos de engenharia civil para edificações

convencionais, diminuindo a quantidade de profissionais especializados e

bibliografia e normalização incipientes referentes ao assunto (MARQUES FILHO,

2012).

Apesar dos vastos recursos hídricos disponíveis no país, a sociedade

organizada apresenta resistência crescente à implantação de empreendimentos

hidráulicos, principalmente na área de energia, pressionando a matriz energética

pela necessidade de geração térmica, em geral mais cara, e pela grande quantidade

de obras a fio d’água. As obras chamadas a fio d’água geram energia com o fluxo do

rio, com mínimo ou nenhum acúmulo do recurso hídrico diminuindo as áreas de

alagamento e reduzindo o tamanho do reservatório, com isso não há reserva de

energia para os períodos de seca (ANEEL, 2002). As dificuldades atuais no

desenvolvimento dos empreendimentos hidrelétricos são totalmente diferentes das

enfrentadas décadas atrás, onde os conhecidos riscos técnicos e econômico-

financeiros são colocados em igualdade com as questões socioambientais, incluindo

o relacionamento com a comunidade, questões culturais e do patrimônio histórico

arqueológico (IHA, 2011).

Com a diminuição dos investimentos já citado, os cursos de engenharia civil

focaram seus currículos na área de edificações, diminuindo significativamente os

conteúdos referentes aos aproveitamentos hidráulicos, assim como as publicações

didáticas no assunto. Também, a comunidade técnica não criou normalização

adequada, sendo mais conhecidos alguns regulamentos internacionais.

20

Pela importância do tema, este relatório procura estudar os critérios de

dimensionamento de barragens, conectando-os aos principais conceitos físicos

existentes e mostrando sua interface com os conceitos modernos de

desenvolvimento sustentável.

1.1. IMPORTÂNCIA DO TRABALHO

A Engenharia Civil mantém o tecido social coeso, procurando dar condições

de conforto e saúde aos cidadãos. É impensável a interrupção no fornecimento de

água ou energia pela necessidade inerente de melhoria das suas condições de vida.

A demanda por energia e outros serviços vem aumentando continuamente

para suprir o desenvolvimento econômico e melhorar as condições de vida das

pessoas. Toda a sociedade precisa energia para sanar necessidades básicas e para

participar dos processos produtivos. Segundo o IPCC (2012), hoje 1,4 bilhões de

pessoas não tem acesso a fontes de energia elétrica confiável e 2,7 bilhões ainda

dependem da energia tradicional, principalmente a base de madeira, resíduos da

agricultura e dejetos de animais. Outro dado chocante é o fato de 2,5 milhões de

mulheres e crianças morrerem por inalação de fumaça proveniente de fornos

convencionais e em contra partida estudos mostram que o aumento do consumo de

energia a níveis de Singapura e EUA levaria ao esgotamento prematuro das

reservas de combustíveis fosseis disponíveis (WWF, 2011).

Desde 1750, o uso de combustíveis fóssil vem aumentando e dominando o

fornecimento de energia, aumentando cada vez mais as emissões de CO2 na

atmosfera que já atingiram 339ppm no final de 2010 (IPCC, 2012). Sendo assim, é

necessário que se busquem alternativas para que seja possível suprir a necessidade

de energia garantindo acesso a toda a população, mudando essa matriz para tentar

sanar essa dependência dos combustíveis fósseis que continuam a degradar

acentuadamente o planeta.

Muitos estudos e empreendimentos estão sendo realizados com as

chamadas energias renováveis. Essas possuem grande capacidade de mitigar as

mudanças climáticas, podendo estimular uma mudança drástica em todo sistema de

energia, possibilitando tanto sua modernização quanto dos serviços relacionados.

Seu desenvolvimento vem crescendo recentemente e para que essas mudanças

21

continuem são necessários grandes investimentos em tecnologias e infraestruturas.

As energias renováveis podem reduzir o custo da energia assim como acelerar o

acesso a esse bem por toda a humanidade (IPCC, 2012).

Estima-se que as energias renováveis representam 12,9% do total de 492

EJ da oferta de energia primária em 2008 (IEA,2010 apud IPCC,2012). Na (FIGURA

1), será apresentado um gráfico onde se pode observar a participação reçativamente

pequena das energias renováveis no fornecimento mundial, considerando sempre

que a energia hidráulica é renovável.

FIGURA 1 – DESENVOLVIMENTO HISTÓRICO DA OFERTA GLOBAL DE ENERGIA PRIMÁRIA A PARTIR DE FONTE RENOVÁVEL 1971-2008 FONTE: IPCC (2012)

Além do investimento necessário em tecnologias e infraestrutura para

aumentar a parcela de energias renováveis, é preciso trabalhar com a

sustentabilidade social, buscando um maior equilíbrio do consumo e distribuição de

nossos recursos e riquezas.

No Brasil, assim como no resto do mundo, esta demanda por energia é

crescente devido a mudança no perfil econômico do brasileiro cujo poder aquisitivo

aumentou, conforme já mencionado. Através de leilões para a contratação de

energia pelas distribuidoras, com o critério de menor tarifa, o Governo tenta

Energia Eólica

Biocombustível

Energia Solar

Energia Geotérmica

Resíduos

sólidos urbanos

Biomassa para

geração de calor e

eletricidade

Energia hidrelétrica

Fo

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cim

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e E

nerg

ia (E

J/a

)

22

minimizar o custo de energia para os consumidores, com isso as empresas

geradoras devem estar atentas aos seus custos e aos riscos envolvidos em cada

projeto (BARREIRO JUNIOR, 2008).

No Brasil água e energia têm uma forte interdependência, já que a energia

hidráulica possui uma contribuição expressiva para o desenvolvimento do país. A

participação na matriz energética nacional é da ordem de 42% enquanto ela gera

cerca de 90% de toda eletricidade produzida no Brasil (ANEEL, 2002). A energia

hidráulica além de ser renovável garante a existência de outras fontes de energia

alternativas, pois possui capacidade de armazenagem (IHA, 2012), que fornece

energia quando as usinas com energia alternativas estão sem produção, quer seja

por falta de ventos, sazonalidade da biomassa, período com baixa incidência solar,

dentre outros.

Quando novos empreendimentos hidrenergéticos não são realizados é

preciso procurar outros empreendimentos que complementem o fornecimento para

suprir essa maior demanda, complemento esse que vem principalmente através da

energia térmica, no Brasil. Segundo Barreiro Junior (2008), os impactos ambientais

causados pela operação de usinas térmicas derivam da dispersão de poluentes

atmosféricos. A poluição causada por elas é definida como a degradação da

qualidade ambiental resultante de sua atividade, sendo assim emissão de gases e

materiais particulados além de terem efeitos diretos na saúde dos seres vivos

causam efeitos nocivos a diversas áreas do ecossistema (BARREIRO, 2008).

Além dos impactos ambientais durante todo período de vida útil das

termoelétricas serem muito maiores que as das hidrelétricas o custo da energia

também é maior. Segundo a ANEEL (2013) os últimos leilões de energia

apresentaram preços mais baixos para a comercialização de energia, dando assim

subsídios para que se possa entender o fato de haver pouco investimento no setor,

juntamente com a dificuldade de se conseguir as licenças. O preço da energia de

origem hídrica estava em R$ 93,46 MWh enquanto a de origem eólica custava em

torno de R$ 87,00, já as de origem térmica apresentam bastante bem mais elevado,

apesar de não terem ocorridos leilões desse tipo de energia o seu preço é estimado

em R$ 150,00 (ANEEL, 2013). Outro dado interessando é que o uso das usinas

térmicas para poupar os reservatórios das hidrelétricas já custou R$ 1 bilhão ao

sistema e a conta pode superar R$ 1,6 bilhão em janeiro, segundo o ONS (2012,

apud Luna e Vettorazzo, 2013). Esse custo será dividido por todos os consumidores

23

e será sentido pelos residenciais ao longo de 2013, conforme forem sendo feitos os

reajustes anuais de tarifa, reajuste começa em 3 de fevereiro e o percentual

depende do aval da Aneel (LUNA e VETTORAZZO, 2013).

Constatada a necessidade de expansão da infraestrutura cabe a Engenharia

Civil garantir todas essas melhorias para a população, e deve-se constatar que

construção civil tem uma relação muito intensa tanto com a economia quanto com a

sociedade. Ao mesmo tempo em que esta atividade é responsável por 16% do PIB

mundial, é a maior consumidora de recursos naturais do planeta, de 60 a 75%

(MARQUES FILHO, 2012).

Sabendo desta responsabilidade que a construção tem com a sociedade e

com as questões ambientais, fica evidente a necessidade da evolução de materiais

utilizados, técnicas de construção e é claro a utilização de energia renovável.

Segundo o IPCC (2012), a construção civil é a atividade humana com o maior

potencial de mitigação das emissões de GEE. Sendo assim se torna importante

especificar bem todos os critérios de projeto em busca da sustentabilidade e,

portanto da viabilidade socioambiental e econômica, além da necessidade do

reconhecimento do potencial dos danos de cada projeto específico (IPCC, 2012).

O apelo da sociedade organizada por maiores preocupações ambientais

trouxe grande dificuldade para desenvolvimento de novos aproveitamentos hídricos.

O licenciamento ambiental muitas vezes leva um grande período para que sua

maturação seja completada, gerado pela forte pressão que o sociedade faz, focando

apenas nas características negativas desses empreendimentos, reais ou as vezes

gerada pelo desconhecimento. Admite-se que grande parte das críticas provém da

falta de conhecimento da comunidade técnica na defesa desses empreendimentos.

Como já mencionado, o assunto empreendimentos hidráulicos é muito pouco

abordado nos cursos de graduação. Com as crises financeiras que se instalaram no

país ao longo das ultimas décadas viveu-se um período de pouco desenvolvimento e

investimento em novas tecnologias, assim como novos profissionais capacitados

não foram maturados. Houve uma setorização do ensino, onde a maioria dos cursos

de Engenharia Civil acabou dando ênfase para as construções convencionais.

Juntamente com essa conjuntura vem um falta de pesquisas e trabalhos científicos,

minimizando a quantidade de matéria didático referente ao assunto assim como a

inexistência de uma norma vigente e consistente.

A inexistência de material didático adequado se torna um empecilho na

24

formação de novos profissionais, e principalmente, diminui a potencialidade do

espírito crítico, por falta de discussão conceitual dos vários fatores que interferem

nestas obras. A falta de normalização potencializada culmina na adoção de soluções

inapropriadas, com investigações preliminares, ás vezes insuficiente.

Como o assunto é extenso, um começo interessante de discussão são os

critérios de estabilidade, focados nos parâmetros importantes para o

dimensionamento de uma barragem. Também pela amplitude de soluções possíveis,

um foco na solução mais usual de barragens de concreto se mostra útil para um

debate inicial. Seria útil para a comunidade técnica uma visita técnica as barragens

de concreto a gravidade.

1.2. OBJETIVOS DO TRABALHO

O trabalho fará uma apresentação dos Critérios de Projetos de Estabilidade

de Barragens de Concreto à Gravidade, avaliando os efeitos dos parâmetros da

interface entre concreto e rocha, evidenciando a necessidade de investigações

adequadas da fundação e do concreto, analisando os resultados sobre a ótica da

sustentabilidade.

Sabendo das demandas energéticas futuras, o trabalho pretende incentivar o

uso de energias renováveis dando ênfase para as energias de origem hídricas, e

assim fomentar a necessidade de investimento em empreendimentos hidrelétricos

apresentando a situação do setor elétrico brasileiro.

Um objetivo secundário seria criar um manual para os cursos de graduação

e para os engenheiros que estão se iniciando nos processos de desenvolvimento de

empreendimentos hidráulicos, no que se refere á barragens de concreto.

Todos os objetivos serão cumpridos através de uma revisão bibliográfica.

1.3. ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO

Este trabalho está dividido em oito capítulos.

O presente capítulo apresenta uma pequena introdução ao assunto, bem

como os objetivos e a justificativa da realização do trabalho.

25

O segundo capítulo mostra a revisão bibliográfica de sustentabilidade,

focada na construção civil e no desenvolvimento de fontes renováveis de energia.

Os terceiro capítulo as principais características de um empreendimento

hidráulico, mostrando qual é o melhor na visão socioambiental. Também apresenta

um resumo no licenciamento ambiental necessário para a instalação, assim como os

riscos envolvidos nesse tipo de edificação. Além disso o capítulo faz um síntese do

setor elétrico brasileiro e apresenta os tipos de barragens que podem ser adotados.

O quarto capítulo aborda as barragens de concreto a gravidade, mostrando

quais são os matérias e técnicas mais usados, assim como apresenta alguns

fenômenos físicos que interferem na verificação da estabilidade de uma barragem.

O capítulo cinco apresenta os principais critérios de verificação da

estabilidade global de uma estrutura de usina hidrelétrica.

No capítulo seis é feita uma análise de sensibilidade de alguns parâmetros

utilizados na verificação da estabilidade global de uma estrutura.

As conclusões e considerações finais estão no capítulo sete.

26

2. SUSTENTABILIDE

Nas ultimas décadas, o conceito de desenvolvimento sustentável vem

permeando pela sociedade, criando elos entre desenvolvimento econômico, o

tratamento adequado do meio ambiente e o desenvolvimento social.

Estes conceitos são hoje debatidos fortemente na indústria da construção

civil, que trabalha com muitos materiais não renováveis e uso intenso de energia.

Embasando essa afirmação, na cadeia produtiva do concreto, vem ocorrendo desde

2009 seminários anuais de sustentabilidade nos Congressos Brasileiro do Concreto

(IBRACON, 2009, 2010, 2011 e 2012).

O Relatório da Comissão Brundtland, “Nosso Futuro Comum” (1991), indica

que o conceito de sustentabilidade se baseia no ato de atender as necessidades

presentes, sem comprometer a possibilidade das gerações futuras atenderem às

suas próprias necessidades.

Conselho Empresarial Mundial para o Desenvolvimento Sustentável apud

Marques Filho (2012) define: “O desenvolvimento sustentável será alcançado pela

oferta de produtos e serviços a preços competitivos, que satisfaçam as

necessidades humanas, melhorem a qualidade de vida e, ao mesmo tempo,

reduzam progressivamente os impactos ambientais e a intensidade do uso de

recursos, através do ciclo de vida, para um nível compatível com a capacidade de

suporte da Terra”.

Andrade, Tachizawa e Carvalho, em 2004, (apud Yemal et al., 2011)

corroboram com os conceitos, colocando que “O desenvolvimento sustentável é

como a fonte da capacidade de gestão e dos recursos técnicos e financeiros

indispensáveis à resolução dos desafios ambientais que necessitam partilhar do

entendimento de que deve haver um objetivo comum, e não um conflito, entre

desenvolvimento econômico e proteção ambiental, tanto para o momento presente

como para as gerações futuras”.

O crescimento da população mundial é incontestável, a previsão segundo

Marques Filho (2012) é que em 2050 a população mundial ultrapasse nove bilhões

de habitantes. Juntamente com o crescimento populacional vem uma demanda por

mais energia e infraestrutura, para que toda a sociedade tenha uma condição de

vida satisfatória. Porém, da mesma maneira, os problemas sociais, políticos,

27

econômicos e ambientais também crescem na mesma medida que a necessidade

de infraestrutura física.

Há algumas décadas atrás, a maioria das nações via o meio ambiente como

um reservatório de matéria-prima onde se podia facilmente retirá-la ou depositar

rejeitos, da mesma maneira a visão de crescimento econômico a qualquer custo não

via obstáculos visando um crescimento imediato (STACHERA JUNIOR, 2008).

No Brasil, assim como em outros países, durante muito tempo, o

crescimento econômico com sua consequente poluição era um indicativo de

progresso. Essa percepção permaneceu até que os problemas ambientais

(contaminação do ar, da água e do solo) com efeitos diretos sobre os seres

humanos fossem intensificados e houve conscientização da sociedade (BRAGA, et

al., 2005 apud YEMAL et al., 2011).

Esse crescimento desenfreado diminuiu, pois foi instalada no mundo uma

política socioambiental mais ativa, gerando esforços na direção da sustentabilidade.

É evidente a necessidade da melhoria da infraestrutura, mas torna-se cada vez mais

importante avalia-la perante a preservação dos recursos ambientais existentes, e

cabe à Indústria da Construção Civil fornecer novos produtos para a sociedade,

visando diminuir seu impacto. Sendo assim é grande a necessidade que a evolução

técnica e tecnológica se dê na direção de processos sustentáveis (BIANCHINI,

2010).

Segundo Stachera Junior (2008), a construção civil possui uma enorme

parcela de contribuição não só nos números econômicos e geração de empregos,

mas na utilização intensa de recursos naturais e na geração de resíduos e poluição,

o que torna o setor muito importante para a economia.

Segundo Machado et al. (2006), com relação aos impactos ambientais, a

Indústria da Construção Civil é certamente a maior gerador de resíduos de toda a

sociedade, pois além da utilização de recursos não renováveis ao longo de toda sua

cadeia produtiva ela apresenta um alto desperdício de materiais gerando toneladas

de resíduos. O volume de resíduos de construção e demolição gerados é até duas

vezes maiores que o volume de lixo sólido urbano (MACHADO et al., 2006).

A construção civil é responsável por entre 15 e 50 % do consumo dos

recursos naturais extraídos, e consome cerca de 66% de toda madeira natural

extraída, inferior ao total com manejo florestal correto. Em países como o Reino

28

Unido o consumo de materiais de construção civil é de aproximadamente 6

toneladas/ano.habitante (JOHN apud ALVES, 2005).

Além do enorme consumo de recursos naturais, a construção civil também

gera poeira e altas emissões de GEE, pois em toda sua cadeia produtiva apresenta

emissões significativas. Os principais geradores de GEE podem ser indicados a

seguir: cimento; cal; aço; areia; brita; queima de combustíveis fósseis e transporte.

Em algumas cidades européias, as emissões de CO2 da indústria da construção

correspondem aproximadamente a 30% do total das emissões. Somente a indústria

do cimento é responsável por 7% das emissões mundiais de CO2 (STACHERA

JUNIOR, 2008). No (QUADRO 1) são apresentadas as emissões de CO2

comparativas aos principais materiais geradores de GEE.

Produto Emissão de CO2

Saco de Cimento (50kg) 48,44kg

Saco de cal (20kg) 15,71kg

Aço (1kg) 1,45kg

Tijolo (unidade) 0,95kg

Areia (m³) 22,62kg

QUADRO 1 – EMISSÕES DE CO2 POR PRODUTO FONTE: STACHERA JUNIOR (2008)

Devido à parcela que a construção civil tem na degradação do meio

ambiente, é necessário procurar formas de minimizar suas emissões de GEE’s.

Segundo o IPCC (2012), a construção civil é a principal atividade humana com

potencial de mitigação dos GEE, sendo assim é preciso estudar e desenvolver

novos métodos para diminuir essas emissões (FIGURA 2).

29

FIGURA 2 – POTENCIAL DE MITIGAÇÃO FONTE: IPCC (2007, apud MARQUES FILHO, 2010)

A captura e a remoção de CO2 na própria fonte, antes de ele ser lançado na

atmosfera, é uma opção técnica a ser considerada em termos de preocupação com

o efeito estufa (STACHERA JUNIOR, 2008).

Segundo John et al. (2001), a durabilidade desempenha uma função

importante para a obtenção de uma construção sustentável, assim como mudanças

nos detalhes de projeto que proporcionem maior proteção ao componente contra os

fatores de degradação podem aumentar a sua vida útil sem alterar significativamente

a carga ambiental total. Outro fator positivo que pôde ser comprovado pelo trabalho

de YEMAL et al. (2011), é o fato de que as técnicas ambientais são contribuídas

consideravelmente com o reaproveitamento de materiais, apesar desse

reaproveitamento não alcançar sua totalidade. Marques Filho (2010) defende que o

investimento em sistemas de qualidade dando benefícios sociais aos empregados

pode ajudar a tornar a construção civil mais sustentável, assim como usar CAR,

realizar dosagens com abordagem em sustentabilidade e criar uma normalização

aceleraria e tornaria o processo mais completo.

Os parágrafos anteriores mostram algumas das principais preocupações da

construção civil: emissões de GEE, minimização do consumo de matérias primas e

30

da geração de resíduos e a minimização de defeitos com treinamento qualificado da

mão-de-obra.

Após a discussão dos impactos da construção, vale salientar que muitos

países estão se organizando para achar meios de mitigar esse problema de

emissões de GEE, e observa-se que também são necessárias ações de

conscientização de toda população, pois o Quarto Relatório de Avaliação do IPCC

(AR4) concluiu que "maior parte do aumento observado nas temperaturas médias

globais desde meados do século 20 muito provavelmente se deve ao aumento

observado nas concentrações antropogênicas de gases de efeito estufa." As

concentrações de CO2 continuam a crescer e por no final de 2010 tinha alcançado

390 ppm de CO2, ou 39% acima dos níveis pré-industriais (IPCC, 2012).

Um panorama nacional sobre o problema, está instalado no Brasil um forte

movimento pela sustentabilidade empresarial cujos primórdios podem ser vinculados

à realização da Rio 92 (CEBDS, 2004). “O Brasil posiciona-se como um dos países

com menor intensidade de emissões de GEE na geração e no uso de energia. As

ações do setor produtivo contribuem para o Brasil superar as metas progressivas de

redução de emissões de GEE estabelecidas em planos de ação climática nacional e

subnacionais” (CEBDS, 2004).

Considerando os altos consumos de matéria prima, a quantidade

significativa de mão-de-obra, a utilização de muitos equipamentos pode-se imaginar

que a Indústria da Construção Civil consuma muita energia. John et al. (2001) fala

que a construção civil consome uma quantidade significativa de energia e que

segundo (WRI, 2000 apud John et al., 2001), estima-se que os setores residencial e

comercial são responsáveis por 34,5% do consumo de energia total da economia

mundial.

Em termos mundiais a produção de energia também é grande geradora de

GEE, gerando a necessidade de investimentos em fontes de energia renováveis e

hoje há no mundo uma corrente forte para o investimento nessas fontes, a WWF

defende que, em 2050, 100% do fornecimento de energia no planeta podem ser de

energia renováveis (WWF, 2011).

Conceitua-se energia renovável como aquela gerada a partir de fontes

solares, geofísicas ou biológicas, que são reabastecidas por processos naturais a

uma taxa igual ou superior a sua taxa de utilização. São consideradas energias

renovaveis a gerada por biomassa, energia solar, calor geotérmico, potencial

31

hidrelétrico, marés e ondas do oceano e eólica. Essas fontes de energia renováveis

têm um papel na prestação de serviços de energia de forma sustentável e, em

particular, na mitigação das mudanças climáticas (IPCC, 2012).

Embora haja esse incentivo à utilização de energia renovavél, 85% da

energia primária utilizada economia global vem da queima de combustíveis fósseis,

que representa 56,6% de todas as emissões antrópicas de GEE (IPCC, 2012). Na

(FIGURA 3) é apresentado um gráfico comparativo com o fornecimento de energia

no mundo e sua previsão.

FIGURA 3 – SUPRIMENTO MUNDIAL DE ENERGIA FONTE: WWF (2011)

Concluindo sobre a necessidade da implantação de empreendimentos de

energia renovável, observa-se que o número desses vêm aumentando rapidamente

nos últimos anos. Esse aumento pode ser explicado pelo fato de que política

governamental de muitos países mudou, assim como o custo de tecnologias está em

declínio e os preços dos combustíveis fósseis crescendo. Pode-se dizer que esse

aumento exigirá políticas para estimular mudanças no sistema de energia.

O presente trabalho visa mostrar as vantagens e beneficios decorrentes da

utilização de energias de fontes hídricas, visto que no cenário mundial a térmica é a

Fornecimento por combustível fóssil

Fornecimento por fontes renováveis

En

erg

ia to

tal (E

J/a

)

32

mais utilizada. No Brasil a maior fonte de energia elétrica é hidráulica sendo a

complementação no fornecimento de energia é feito basicamente através de energia

térmica. Na implantação de empreendimentos hidráulicos há uma emissão

importante de GEE e muito baixa em sua operação, pois sua fonte de energia é

renovável. Enquanto isso um empreendimento térmico além das emissões em sua

implantação, durante toda sua vida útil produz um grande volume de emissões pela

queima de combustível. Na (FIGURA 4) está apresentado um comparativo entre a

potência instalada e capacidade de geração em todo mundo, de fontes hidráulicas.

FIGURA 4 – HIDRELÉTRICAS POR REGIÕES NO MUNDO: POTÊNCIA INSTALADA E GERAÇÃO FONTE: IHA (2012)

Vale enfatizar que o potencial teórico de energias renováveis é muito maior do

que a totalidade da energia que é utilizada por todas as economias na Terra. Em

2008, a energia renovável contibuiu com aproximadamente 19% da oferta global de

eletricidade (energia hidrelétrica 16%, 3% outros fontes renovaveis), sendo que a

produção total foi de 20.181 TWh (ou 72,65 EJ) (IEA, 2010 apud IPCC, 2012).

Confirmando esses dados, segundo WWF (2011), a energia hidrelétrica é

atualmente a fonte maior do mundo de energia renovável, fornecendo quase um

quinto de toda a eletricidade em todo o mundo.

Observa-se que juntamente a essa conjuntura em que há uma forte corrente

socioambiental somada à crescente demanda de infraestrutura, interferindo na

construção civil.

Geração

Potência Instalada

33

A postura da população é fruto principalmente da desinformação, da falta de

consciência ambiental e de um déficit de práticas comunitárias. Sendo assim a

preocupação com o desenvolvimento sustentável representa a possibilidade de

garantir mudanças sociopolíticas que não comprometam os sistemas ecológicos e

sociais que sustentam as comunidades, porém tendo a sustentabilidade como novo

critério básico e integrador, estimulando permanentemente as responsabilidades

éticas, na medida em que a ênfase nos aspectos extraeconômicos serve para

reconsiderar os aspectos relacionados com a equidade, a justiça social e a própria

ética dos seres vivos (JACOBI, 2003).

34

3. EMPREENDIMENTOS HIDRÁULICOS

É impensável a interrupção no fornecimento de água ou energia em grandes

conglomerados humanos mesmo por poucos dias. No Brasil, em particular estes

dois insumos fundamentais estão correlacionados com empreendimentos

hidráulicos, já que a nação possui recursos hídricos abundantes e que formam um

diferencial competitivo.

Com o crescimento populacional e, paralelamente, o aumento do nível de

atividade econômica um aumento da demanda por água e serviços relacionados é

previsível e esperado. O aumento do número de habitantes já evidencia claramente

a necessidade de que novos empreendimentos sejam implantados, aumentando o

fornecimento de água e energia. Sengundo o WCD (2000), o crescimento

econômico tem duas implicações para a demanda de água, o primeiro é que o

aumento da atividade econômica incrementa a procura por serviços hídricos, e a

segunda é que tanto o desenvolvimento trazido pelo crescimento econômico e as

mudanças tecnológicas que o acompanham vão levar a mudanças estruturais no

padrão de bens e serviços que a sociedade produz e consome e também na forma

como esses serviços são prestados. Na (FIGURA 5) está apresentada a distribuição

de água no mundo.

FIGURA 5 – DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA NO PLANETA FONTE: WCD (2000)

Outros Brasil

EUA 6%

35

A necessidade de água, tanto para consumo quanto para irrigação e outros

fins nâo é uma necessidade apenas do homem moderno. Desde os primórdios, essa

necessidade caminha junto com a humanidade, e registros históricos sugerem que o

uso de barragens para abastecimento de água e irrigação foram mais difundidos a

partir de 2000 a.C. Porém os primeiros indícios de engenharia fluvial são as ruínas

de canais de irrigação com mais de oito mil anos, na Mesopotâmia e as primeiras

barragens de armazenamento de água foram observadas na Jordânia, Egito e

outras partes do Oriente Médio onde foram encontrados restos dessas barragens

datadas de pelo menos 3000 a.C. (WCD, 2000).

No século 20 houve uma grande evolução na implantação de grandes

barragens as quais ultrapassaram o montande de 45.000 unidades em todo mundo

(WCD, 2000).

Atualmente, cerca de 44% de toda a produção mundial de alimentos provém

de áreas irrigadas, indicando que a segurança alimentar depende dos

empreendimentos hidráulicos (WWF, 2011). Assim como, segundo ANEEL (2002)

geração hidrelétrica tem garantido, nos últimos anos, a produção de cerca de 90%

da energia elétrica produzida no Brasil.

Assim como a água a energia, nas suas mais diversas formas, é

indispensável à sobrevivência da espécie humana. E mais do que sobreviver, o

homem procurou sempre evoluir, descobrindo fontes e formas alternativas de

adaptação ao ambiente em que vive e de atendimento às suas necessidades. O uso

da energia hidráulica foi uma das primeiras formas de substituição do trabalho

animal pelo mecânico, particularmente para bombeamento de água e moagem de

grãos. Entre as características energéticas mais importantes, destacam-se as

seguintes: disponibilidade de recursos, facilidade de aproveitamento e,

principalmente, seu caráter renovável. A energia hidráulica é proveniente da

irradiação solar e da energia potencial gravitacional, através da evaporação,

condensação e precipitação da água sobre a superfície terrestre. (ANEEL, 2002).

No caso de empreendimentos energéticos, a seleção de alternativas é feita

tendo como critério básico a maximização da eficiência econômico-energética em

conjunto com a minimização dos impactos socioambientais negativos (MME, 2007).

Como, em geral, a maximização da eficiência econômico-energética conflita com a

minimização dos impactos socioambientais, no processo de comparação e seleção

de alternativas, estes aspectos deverão ser considerados dentro de uma abordagem

36

multiobjetivo (MME, 2007). A (FIGURA 6) apresenta as principais fases do

desenvolvimento de empreendimentos hidrelétricos de energia no Brasil.

FIGURA 6 – ETAPAS DE IMPLANTAÇÃO DE APROVEITAMENTOS HIDROELÉTRICOS FONTE: MME (2007)

O desenvolvimento de Hidrelétricas está intimamente ligada às políticas de

desenvolvimento nacional, regional e global. Além de seu papel na contribuição para

a segurança seguro de fornecimento de energia e reduzir a dependência do país de

combustíveis fósseis, a energia hídrica oferece oportunidades para o alívio da

pobreza e desenvolvimento sustentável (IPCC, 2012).

Com exceção de pequenos aproveitamentos diretos da energia hidráulica

para bombeamento de água, moagem de grãos e outras atividades similares, o

aproveitamento da energia hidráulica é feito através do uso de turbinas hidráulicas,

devidamente acopladas a um gerador de corrente elétrica. Com eficiência que pode

chegar a 90%, as turbinas hidráulicas são atualmente as formas mais eficientes de

conversão de energia primária em energia secundária (ANEEL, 2012). A força da

água em movimento é conhecida como energia potencial, essa água passa por

tubulações da usina com muita força e velocidade, realizando a movimentação das

turbinas. Nesse processo, ocorre a transformação de energia potencial (energia da

água) em energia mecânica (movimento das turbinas). As turbinas em movimento

estão conectadas a um gerador, que é responsável pela transformação da energia

mecânica em energia elétrica (LUVEZUTTI et al., 2011).

Considerada como energia renovável, a energia hidráulica é muito

interessante por diversos fatores. Além de sua energia ser limpa, segundo o IPCC

37

(2012), as usinas hidrelétricas não consomem a água que move as turbinas, com

isso após a geração de energia, ela está disponível para várias outras utilizações

essenciais. As usinas Hidrelétricas podem ser classificadas segundo a altura relativa

da queda d’água, capacidade ou potência instalada, tipo de turbina, localização, tipo

de barragem, etc.

O sistema energético brasileiro é o maior da América do Sul, com energia

hidrelétrica responsável pela geração de mais de 85% de toda a sua eletricidade.

Outras fontes de energia utilizadas são as de origem térmica utilizando gás natural e

carvão, nuclear, e a eólica que é responsável por 0,4% da eletricidade do sistema

(WWF, 2011). Mesmo sendo o maior do continente, assim como no resto do mundo,

no Brasil há um anseio muito grande pela implementação de novos

empreendimentos, devido ao aumento da demanda de água e energia, tanto pelo

aumento populacional quanto pelo aumento do poder aquisitivo dos brasileiros.

Além da vasta hidrografia brasileira, o país ainda conta com grande parte de

seu território dominado por terrenos de planalto, o que facilita a implantação de

usinas hidrelétricas, pois são necessários desníveis para a implantação da mesma.

Assim sendo, no Brasil, há um imenso potencial hidráulico, pois o país possui rios

que têm todas as condições para aproveitamento de seu potencial energético e

distribuidor (LUVEZUTTI et al., 2011). O potencial hidrelétrico brasileiro é estimado

em cerca de inventariado é de 108.778 MW e o estimado de 28.096 (MME, 2012).

Na (FIGURA 7) pode-se observar a evolução do potencial Brasileiro ao longo dos

anos.

38

FIGURA 7 – POTENCIAL HIDRELÉTRICO BRASILEIRO FONTE: MME (2012)

Após a colocação da evolução do potencial hidrelétrico brasileiro pode-se

observar que tal evolução aconteceu com a diversificação do mercado de

aproveitamentos hidrelétricos. Houve um investimento em projetos de diversas

potências e características, e que para esse potencial pudesse ser explorado ao

máximo, sem que o país ficasse refém da hidrologia e uma única região, foi criado o

SIN – Sistema Interligado Nacional. A seguir é apresentada no (QUADRO 2) a

distribuição de Usinas Hidrelétricas por faixa de potência.

QUADRO 2 – APROVEITAMENTOS HIDRELÉTRICOS POR FAIXA DE POTÊNCIA FONTE: ANEEL (2012)

Devido à grande necessidade da criação de novos empreendimentos assim

como a manutenção dos já existentes, é muito importante analisar a perspectiva

econômico financeira do negócio. Além de inúmeras licenças e permissões

necessárias, um empreendimento hidráulico custa muito dinheiro para sua

39

implantação. Segundo Martins (2008), o Banco Mundial, além do seu papel na

liberalização econômica, foi um grande estimulador e promotor da construção de

barragens em grande escala durante várias décadas. Outro fator financeiro

interessante de ser relacionado com aproveitamentos de energia é que segundo

LUVEZUTTI et al. (2011), a localização das usinas faz com que o preço do

transporte de materiais e insumos seja elevado.

Segundo Marques Filho (2012), as seguintes características de obras

hidráulicas são muito importantes: facilidades Industriais Complexas; utilização de

grandes volumes de material; multidisciplinaridade envolvida no projeto;

planejamento complexo; dificuldade para compartimentação de atividades; custo

elevado; tempo de maturação expressivo; dificuldades de financiabilidade; grandes

interferências com Meio Ambiente. Além de todas essas características há uma

logística complexa em empreendimento desse porte, pois para que o processo

funcione são necessários equipamentos com peso elevado, as obras geralmente

ficam distantes de centros desenvolvidos e como já foi falado existe o consumo de

grandes volumes de material, que é sanado pela fabricação na obra, sendo

necessária infraestrutura de energia e combustíveis, centrais de britagem e de

concreto, pug mills, sistemas de ar comprimido, água bruta e instalações sanitárias,

pátios de montagem, oficinas de manutenção e centrais de forma e armadura, tudo

isso com controle de qualidade extremamente severo (MARQUES FILHO, 2012).

Como observado, trata-se de uma obra de engenharia complexa, com várias

interfaces técnicas.

O governo e os investidores têm intensificado os investimentos em energia

proveniente de aproveitamentos hidráulicos, tal fato pode ser observado no

(QUADRO 3), no qual tem a evolução da produção e do consumo de energia

hidráulica no Brasil.

40

QUADRO 3 – ENERGIA HIDRÁULICA NO BRASIL FONTE: MME (2012)

Após a colocação técnica da necessidade de empreendimentos hidráulicos,

é importante acrescentar que a sociedade tem mostrado rejeição aos novos

aproveitamentos, Martins (2006) cita que a história da construção de grandes obras

hidráulicas em muitos aspectos é uma história triste quando se pensa na correlação

entre o bem-estar, os direitos civis e políticos e mesmo com respeito aos objetivos

oficiais de desenvolvimento econômico e da soberania ou autonomia nacional.

Talvez, em parte por esses fatos a população não aceita muito bem a criação de

novos empreendimentos.

Questões ambientais e sociais continuarão a ser afetadas pela implantação

de empreendimentos hidráulicos. Em particular, deve haver preocupação com a

emissão de gases de efeito estufa (GEE) do reservatórios, devido ao apodrecimento

da vegetação e fluxos de carbono a partir da captação (WCD, 2000). Os impactos

sociais locais e ambientais de projetos variam de acordo com o tipo do projeto, o

tamanho e as condições. Alguns dos impactos mais proeminentes incluem

mudanças nos regimes de fluxo e da qualidade da água, barreiras à migração de

peixes, perda de diversidade biológica, e de deslocamento da população (IPCC,

2012). Porém juntos, as novas tecnologias, os novos métodos construtivos e

projetos mais eficazes, todos com uma visão sustentável, têm a capacidade de

tornar essas consequências cadas vez menores e mais brandas (IPCC, 2012).

Pelos motivos apresentados, a implantação de aproveitamentos hidráulicos

é fundamental para garantia da infraestrutura humana, e tão importante quanto o

projeto de novos empreendimentos é a manutenção da vida útil dos existentes.

Segundo o IPCC (2012), a modernização, renovação e melhoramento dos

empreendimentos antigos muitas vezes são menos caros do que o desenvolvimento

de um novo, além de terem menores impactos socioambientais e requererem menos

41

tempo para a execução. As necessidades de água e energia obrigam o estudo

contínuo de seu comportamento juntamente das suas principais manifestações

patológicas e dos processos de reparo (MARQUES FILHO, 2012).

Barragens são meios muito importantes para satisfazer as necessidades de

água e energia a longo prazo, são investimentos estratégicos com a capacidade de

oferecer benefícios múltiplos (ANEEL, 2002). Sendo assim, em um empreendimento

hidráulico, qualquer que seja a solução de barragem adotada, são fundamentais a

parametrização do material para efeito de projeto, a confiabilidade dos processos de

dosagem do concreto e a indicação de valores para o controle da qualidade da obra

e sua análise. Todos estes fatores devem estar subsidiados por correlações

laboratório/obra sedimentadas e confiáveis, para minimização de custos e dos riscos

envolvidos no desenvolvimento desses empreendimentos (MARQUES FILHO,

2005).

As (FIGURAS 8 a 11) apresentam esquematicamente o fluxograma das

tarefas necessárias à implantação dos aproveitamentos hidrelétricos.

42

FIGURA 8 – FLUXOGRAMA DA ETAPA DE PLANEJAMENTO DOS ESTUDOS FONTE: MME (2007)

43

FIGURA 9 – FLUXOGRAMA DA ETAPA DE ESTUDOS PRELIMINARES

FONTE: MME (2007)

44

FIGURA 10 – FLUXOGRAMA DA ETAPA DE ESTUDOS FINAIS FONTE: MME (2007)

45

FIGURA 11 – FLUXOGRAMA DA AAI DA ALTERNATIVA SELECIONADA FONTE: MME (2007)

3.1. LICENÇAS AMBIENTAIS

A chamada questão ambiental diz respeito aos diferentes modos pelos quais

a sociedade, através dos tempos, se relaciona com o meio físico-natural. O ser

46

humano sempre dependeu dele para garantir sua sobrevivência, e seu uso, como

base da existência humana, bem como as alterações por esse uso provocados na

Terra são coexistentes desde os primórdios (QUINTAS, 2006).

Como já foi mencionado, hoje, o cenário é de demanda crescente por água e

energia tanto no mundo quando no Brasil. Segundo Souza (2009), paralelamente a

este fato, é observado um fortalecimento e consolidação da legislação e do sistema

de gestão ambiental, assim como a participação de novos interessados em prover a

expansão do parque de geração de energia e, também, a maior participação dos

movimentos sociais na esfera pública. Juntando isso aos graves problemas

socioambientais já ocorridos em decorrência da construção de aproveitamentos

hidráulicos, gera ambiente propício aos conflitos socioambientais que perpassam

todo o processo de licenciamento (SOUZA, 2009).

Desta maneira, é necessário que o Estado de alguma forma crie meios e

métodos, assim como delegue as funções de execução e fiscalização à alguém ou

algum órgão que o representa. Segundo o IPCC (2012), os órgãos jurídicos assim

como suas atribuições variam de país para país, incluindo práticas de concessões,

royalties, direitos de água, etc. Com o crescente envolvimento do setor privado, as

disposições contratuais que cercam as hidrelétricas tornaram-se cada vez mais

complexas.

O Brasil possui legislação avançada e severa para as questões ambientais

além de ser o único país que questões ambientais são apresentadas na constituição.

Segundo Vainer (2007), juntamente com o processo de democratização houve a

ascensão de movimentos ambientalistas, que se somando a uma maior

preocupação ambiental, a pressão da sociedade civil e a resistência principalmente

das populações atingidas culminou na necessidade do setor elétrico acrescentar

questões sociais e ambientais em seu cotidiano. Do mesmo modo, ele coloca que a

criação da Constituição Federal e das Constituições Estaduais, no final da década

de 1980 e início da década de 1990, marcaram também o avanço das legislações

estaduais e a consolidação das agências ambientais de vários estados. Segundo

Quintas (2006), a Constituição Federal, ao consagrar o meio ambiente

ecologicamente equilibrado como direito de todos, bem de uso comum e essencial à

sadia qualidade de vida, atribuiu a responsabilidade de sua preservação e defesa

não apenas ao Poder Público, mas também à coletividade. Sendo assim cada

cidadão tem o dever de protegê-lo, porém caberá aos órgãos e agências públicas o

47

dever de outorgar e fiscalizar a implantação e utilização de empreendimentos que

causam algum dano à natureza.

O licenciamento é um dos instrumentos de gestão ambiental estabelecido

pela lei Federal n.º 6938, de 31/08/81, também conhecida como Lei da Política

Nacional do Meio Ambiente. Em 1997, a Resolução nº 237 do CONAMA - Conselho

Nacional do Meio Ambiente definiu as competências da União, Estados e Municípios

e determinou que o licenciamento deverá ser sempre feito em um único nível de

competência (FEPAM, 2013). É o procedimento no qual o poder público,

representado por órgãos ambientais, autoriza e acompanha a implantação e a

operação de atividades, que utilizam recursos naturais ou que sejam consideradas

efetiva ou potencialmente poluidoras, sendo de obrigação do empreendedor a busca

deste licenciamento junto ao órgão competente. Vale ressaltar que, segundo o

IBAMA o licenciamento ambiental é uma obrigação legal prévia e que possui como

uma de suas mais expressivas características a participação social na tomada de

decisão, por meio da realização de Audiências Públicas como parte do processo

(FIRJAN, 2004).

Os principais órgãos responsáveis pela gestão ambiental no Brasil serão

apresentados a seguir:

O IBAMA, “tem como principais atribuições exercer o poder de polícia ambiental; executar ações das políticas nacionais de meio ambiente, referentes às atribuições federais, relativas ao licenciamento ambiental, ao controle da qualidade ambiental, à autorização de uso dos recursos naturais e à fiscalização, monitoramento e controle ambiental; e executar as ações supletivas de competência da União. Cabe ao IBAMA propor e editar normas e padrões de qualidade ambiental; o zoneamento e a avaliação de impactos ambientais; o licenciamento ambiental, nas atribuições federais; a implementação do Cadastro Técnico Federal; a fiscalização ambiental e a aplicação de penalidades administrativas; a geração e disseminação de informações relativas ao meio ambiente; o monitoramento ambiental, principalmente no que diz respeito à prevenção e controle de desmatamentos, queimadas e incêndios florestais; o apoio às emergências ambientais; a execução de programas de educação ambiental; a elaboração do sistema de informação e o estabelecimento de critérios para a gestão do uso dos recursos faunísticos, pesqueiros e florestais; dentre outros”. (IBAMA, 2013).

A FUNAI é uma entidade com patrimônio próprio e personalidade jurídica de direito privado, é o órgão federal responsável pelo estabelecimento e execução da política indigenista brasileira em cumprimento ao que determina a Constituição Federal Brasileira de 1988. Tem como objetivo principal promover políticas de desenvolvimento sustentável das populações indígenas, aliar a sustentabilidade econômica à sócio- ambiental, promover a conservação e a recuperação do meio ambiente, controlar e mitigar possíveis impactos ambientais decorrentes de interferências externas às terras indígenas, monitorar as terras indígenas regularizadas e aquelas ocupadas por populações indígenas, incluindo as isoladas e de recente

48

contato, coordenar e implementar as políticas de proteção aos grupos isolados e recém contatados e implementar medidas de vigilância, fiscalização e de prevenção de conflitos em terras indígenas. (FUNAI, 2013).

O IPHAN é uma autarquia federal vinculada ao Ministério da Cultura, responsável por preservar a diversidade das contribuições dos diferentes elementos que compõem a sociedade brasileira e seus ecossistemas. Esta responsabilidade implica em preservar, divulgar e fiscalizar os bens culturais brasileiros, bem como assegurar a permanência e usufruto desses bens para a atual e as futuras gerações. (IPHAN, 2013).

O Ministério Público da União “é uma Instituição independente que cuida da

proteção das liberdades civis e democráticas, buscando com sua ação assegurar e

efetivar os direitos individuais e sociais indisponíveis, como sua missão

constitucional (v. art. 127, da Constituição Federal)”. Cabe ao MP a defesa da ordem

jurídica, ou seja, deve zelar pela observância e pelo cumprimento da lei; defesa do

patrimônio nacional, do patrimônio público e social, do patrimônio cultural, do meio

ambiente, dos direitos e interesses da coletividade, especialmente das comunidades

indígenas, da família, da criança, do adolescente e do idoso; defesa dos interesses

sociais e individuais indisponíveis; controle externo da atividade policial. Trata-se da

investigação de crimes, da requisição de instauração de inquéritos policiais, da

promoção pela responsabilização dos culpados, do combate à tortura e aos meios

ilícitos de provas, entre outras possibilidades de atuação. Os membros do MPU têm

liberdade de ação tanto para pedir a absolvição do réu quanto para acusá-lo (MPU,

2013)

A licença ambiental é o documento, com prazo de validade definido, em que

o órgão ambiental estabelece regras, condições, restrições e medidas de controle

ambiental a serem seguidas. Entre as principais características avaliadas no

processo podemos ressaltar: o potencial de geração de líquidos poluentes (despejos

e efluentes), resíduos sólidos, emissões atmosféricas, ruídos e o potencial de riscos

de explosões e de incêndios (FIRJAN, 2004). Ao receber a Licença Ambiental, o

empreendedor assume os compromissos para a manutenção da qualidade

ambiental do local do empreendimento (FIRJAN, 2004).

O Licenciamento Ambiental é constituído por três licenças, cada uma delas é

requerida em etapas diferentes. Segundo o FEPAM (2013), elas são apresentadas a

seguir:

49

Licença Prévia (LP) - Licença que deve ser solicitada na fase de planejamento

da implantação, alteração ou ampliação do empreendimento. Aprova a

viabilidade ambiental do empreendimento, não autorizando o início das obras.

Licença Instalação (LI) - Licença que aprova os projetos. É a licença que

autoriza o início da obra/empreendimento. É concedida depois de atendidas

as condições da Licença Prévia.

Licença de Operação (LO) - Licença que autoriza o início do funcionamento

do empreendimento/obra. É concedida depois de atendidas as condições da

Licença de Instalação.

Vale ressaltar que a solicitação de qualquer uma das licenças deve estar de

acordo com a fase em que se encontra a atividade/ empreendimento: concepção,

obra, operação ou ampliação, mesmo que não tenha obtido anteriormente a Licença

prevista em Lei (FEPAM, 2013).

Após a emissão das licenças ambientais a empresa entra em fase de

acompanhamento da operação em que os órgãos ambientais poderão fazer vistorias

regulares para verificar o cumprimento das exigências pré-estabelecidas. Com isso,

se for determinado que as atividades não estão de acordo com o especificado, a

licença pode ser cancelada e o empreendimento interditado. Além do

acompanhamento realizado existe um prazo de validade, estabelecido pelo órgão

ambiental, que varia de atividade para atividade de acordo com a tipologia, a

situação ambiental da área onde está instalada, e outros fatores (FIRJAN, 2004). O

(QUADRO 4) apresenta os prazos de validade das diversas licenças.

Prazo de validade das Licenças Ambientais

Licença Prazo Mínimo Prazo Máximo

LP O estabelecido pelo

cronograma do projeto apresentado

Não Superior a 5 anos

LI De acordo com o cronograma de

instalação da atividade Não superior a 6 anos

LO 4 anos 10 anos QUADRO 4 – PRAZO DE VALIDADE DAS LICENÇAS AMBIENTAIS FONTE: FIRJAN (2004)

50

Mesmo tendo um procedimento padrão, esse processo de licenciamento

ambiental vem causando forte turbulência entre, setor privados, órgãos ambientais e

governo, criando dificuldades crescentes para obtenção da licença. Segundo Souza

(2009) a falta de diálogo entre as partes interessadas no curso do processo de

licenciamento cria uma série de ruídos, dúvidas, insatisfações e incompreensões

sobre o projeto. Sendo assim, as audiências públicas, obrigatórias nos processos de

licenciamento, podem ser transformadas em um espaço de embate e não de debate.

Esse instrumento de gestão ambiental é sempre noticiado como um entrave ao

desenvolvimento do país, com isso há um ambiente de crise formado. Sendo assim,

há um grande enfrentamento entre setores da sociedade da sociedade organizada

incluindo o Governo (SOUZA, 2009).

3.2. SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO

Acompanhando o crescimento econômico e populacional, o consumo de

energia elétrica deve aumentar nos próximos anos no Brasil. A indústria de energia

elétrica compreende todas as etapas relacionadas com o fornecimento de

eletricidade para consumidores finais, sendo assim, é possível segmentá-la

conforme as diferentes atividades realizadas comumente definidas como geração,

transmissão, distribuição e comercialização (CORREIA et al., 2006).

A geração do sistema elétrico brasileiro é fortemente pautada em fontes

renováveis, pois é muito dependente da hidroeletricidade, responsável, segundo a

ANEEL (2002), e segundo a IRN (2012) , além da hidroeletricidade, a energia

elétrica obtida através da biomassa (cogeração a partir do bagaço da cana-de-

açúcar) e em menor medida do gás metano biológico obtido nos aterros, confere ao

país uma singular participação das energias renováveis.

Para garantir o crescimento e a necessidade de manutenção e expansão do

parque energético brasileiro, existem alguns órgãos responsáveis pela

regulamentação, fiscalização, distribuição e transmissão de energia elétrica no país,

os quais serão apresentados a seguir:

A Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) é uma autarquia em regime especial vinculada ao Ministério de Minas e Energia, foi criada para regular o setor elétrico brasileiro, por meio da Lei nº 9.427/1996 e do Decreto nº 2.335/1997. A ANEEL iniciou suas atividades em dezembro de 1997, tendo como principais atribuições:

http://www.aneel.gov.br/cedoc/lei19969427.pdf

http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/decreto/d2335.HTM

51

Regular a produção, transmissão, distribuição e comercialização de energia elétrica;

Fiscalizar, diretamente ou mediante convênios com órgãos estaduais, as concessões, as permissões e os serviços de energia elétrica;

Implementar as políticas e diretrizes do governo federal relativas à exploração da energia elétrica e ao aproveitamento dos potenciais hidráulicos;

Estabelecer tarifas;

Mediar, na esfera administrativa, os conflitos entre os agentes e entre esses agentes e os consumidores;

Por delegação do governo federal, promover as atividades relativas às outorgas de concessão, permissão e autorização de empreendimentos e serviços de energia elétrica (ANEEL, 2013).

A ANA, é uma autarquia sob regime especial, com autonomia administrativa e financeira, vinculada ao Ministério do Meio Ambiente, além da função de reguladora do uso da água bruta nos corpos hídricos de domínio da União, tem a atribuição de coordenar a implementação da Política Nacional de Recursos Hídricos, cuja principal característica é garantir a gestão democrática e descentralizada dos Recursos Hídricos (ANA, 2013).

“O Ministério de Minas e Energia, órgão da administração federal direta, representa a União como Poder Concedente e formulador de políticas públicas, bem como indutor e supervisor da implementação dessas políticas nos seguintes segmentos:

I - geologia, recursos minerais e energéticos;

II - aproveitamento da energia hidráulica;

III - mineração e metalurgia; e

IV - petróleo, combustível e energia elétrica, inclusive nuclear.

Cabe, ainda, ao Ministério de Minas e Energia:

I - energização rural, agroenergia, inclusive eletrificação rural, quando custeada com recursos vinculados ao Sistema Elétrico Nacional; e

II - zelar pelo equilíbrio conjuntural e estrutural entre a oferta e a demanda de recursos energéticos no País (MME, 2013).

“O Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) é o órgão responsável pela coordenação e controle da operação das instalações de geração e transmissão de energia elétrica no Sistema Interligado Nacional (SIN), sob a fiscalização e regulação da Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel)” (ONS, 2013).

52

O setor elétrico passou por duas grandes mudanças na metade da década

de 90. Em 1995, no contexto das reformas que permitiram o investimento privado

em setores até então restritos a investimentos e gestão estatal, ocorreu a primeira

reformulação e em 1996 a lei 9.074/95 que tratou das concessões e permissões de

serviços públicos e o decreto 2003/96 que regulamentou a produção de energia

elétrica por produtor independente e autoprodutor promoveram uma série de

transformações no setor de geração de energia elétrica (SOUZA, 2009).

Tendo em vista essas mudanças ocorridas na regulamentação e as crises

financeiras que atingiram o país, esse passou por um momento de recessão no

setor elétrico. A crise de 2001 , onde houve um déficit de energia, sendo necessárias

intervenções de emergência, foi um choque importante para o governo, para a

economia nacional e para a sociedade (NEVES, 2009).

Com esses problemas e visando o aumento na demanda energética

nacional, entre 2003 e 2004 o governo federal lançou as bases de um novo modelo

para o Setor Elétrico Brasileiro, sustentado pelas Leis nº 10.847 e 10.848, de 15 de

março de 2004, e pelo Decreto nº 5.163, de 30 de julho de 2004 (BARREIRO

JUNIOR, 2008). O novo modelo definiu a criação de uma entidade responsável pelo

planejamento do setor elétrico a longo prazo, a Empresa de Pesquisa Energética

(EPE); uma instituição com a função de avaliar permanentemente a segurança do

suprimento de energia elétrica, o Comitê de Monitoramento do Setor Elétrico

(CMSE); e uma instituição para dar continuidade às atividades do Mercado

Atacadista de Energia (MAE), relativas à comercialização de energia elétrica no

Sistema Interligado, a Câmara de Comercialização de Energia Elétrica (CCEE)

(BARREIRO JUNIOR, 2008). Além da criação dessas instituições esse novo modelo

busca garantir a segurança do suprimento de energia elétrica; promover a

modicidade tarifária; promover a inserção social no Setor Elétrico Brasileiro, em

particular pelos programas de universalização de atendimento.

A comercialização da energia no Brasil é feito por meio de leilões de compra

e venda que devem ser realizados pela CCEE, assim como esta instituição deve

definir o preço mínimo de mercado para a energia elétrica para o efeito de leilão.

É interessante notar que na maioria dos mercados e, particularmente no

setor de energia elétrica, a competição é limitada e o desenho do leilão, embora não

possa superar completamente isso, deve buscar reduzir as possibilidades de

53

manipulação artificial do preço que resultem em uma transferência de renda por

poder de mercado (CORREIA et al., 2006).

Os leilões de energia têm periodicidade anual e segundo Rego (2012) são

apresentados em duas modalidades de contratação, em função do estágio de

desenvolvimento dos projetos: leilões de energia elétrica proveniente de

empreendimentos de geração existente — leilões de energia velha - e leilões de

energia elétrica provenientes de novos empreendimentos – leilões de energia nova.

O objetivo de tais leilões é propiciar a possibilidade, por parte das

distribuidoras, de contratação antecipada de energia para o atendimento pleno de

sua demanda estimada três a cinco anos à frente (MARTINS, 2008). Os leilões são

promovidos sempre no intuito de assegurar o suprimento de energia em um ano

determinado (denominado ano “A”). Assim, para a compra de energia nova, os

leilões serão realizados nos anos A menos 5 anos (A-5) e A menos 3 anos (A-3) o

objetivo desses leilões é complementar a energia existente para suprir a demando

futura, enquanto que para a compra energia velha A menos 1 ano (A-1) cujo objetivo

é suprir a demanda atual (REGO, 2012).

Apesar de o leilão criar condições para benefício do bem público, várias

alterações ocorrem com relação aos dados de leilão, encarecendo o processo em

detrimento das condições especificadas e essas mudanças nas condições alteram a

atratividade do empreendimento aumentando riscos do processo (MARQUES

FILHO, 2012).

Com essa maior organização e regulamentação foram observadas um

crescimento tanto na geração de energia quanto das linhas de transmissões.

Segundo a EPE, entre 1996 e 2002 havia um crescimento médio de 1.562 km a.a, já

entre os anos de 2003 e 2009 esse crescimento médio foi de 3.646 km a.a

(TOLMASQUIM, 2008).

Juntamente com os dados já apresentados podemos observar nos

(QUADROS 5 e 6) o predomínio da matriz hidráulica na produção de energia

elétrica, assim como a importância do SIN para o Brasil. Observa-se grande parte

da oferta de eletricidade está interligada, evitando que se configurem possíveis

apagões por problemas sejam natureza hídrica de outra natureza em regiões

isoladas do país.

54

QUADRO 5 – OFERTA INTERNA DE ENERGIA ELÉTRICA FONTE: MME (2012)

QUADRO 6 – CONFIGURAÇÃO DA OFERTA DE ELETRICIDADE POR FONTE FONTE: MME (2012)

Na (FIGURA 12) é apresentado o histórico da matriz elétrica do Brasil, onde

pode-se observar o crescimento da energia de fontes renováveis (hidráulica e

eólica).

55

FIGURA 12 – HITÓRICO DA MATRIZ ELÉTRICA FONTE: LUNA E VETTORAZZO (2013)

O sistema elétrico brasileiro é fortemente dependente da disponibilidade

hídrica de médios e longos prazos, para a produção de energia firme. O grande

desenvolvimento da hidroeletricidade no Brasil se deu entre 1975, quando a

capacidade instalada era de 18.500 Megawatts, e 1985, quando passou para 54.000

Megawatts, a partir de então, a construção de barragens tornou-se mais difícil

devido à crise econômica e ao endividamento, assim como ao crescimento das

críticas às barragens em face dos impactos sociais e ambientais causados (DA

SILVA, 2002). O país ainda possui grande possibilidade de ampliação do sistema

uma vez que segunda a ANEEL (2002) o potencial hidrelétrico brasileiro é estimado

em cerca de 260 GW, sendo que apenas 63% desse potencial foi inventariado,

conforme já mencionado.

Visto esta grande dependência da hidroeletricidade para fornecimento de

energia elétrica no país e sabendo que a geração está intrinsicamente ligada ao

regime de chuvas foi necessário criar o Sistema Interligado Nacional – SIN. Segundo

da Silva (2012) é um sistema de transmissão que permite otimizar e racionalizar a

geração e o uso da energia elétrica no Brasil, uma vez que conecta regiões com

regimes hidrológicos distintos, possibilitando a utilização da energia gerada em uma

região com excedente hídrico em outra que está passando por uma situação de

escassez.

56

A interligação cada vez mais efetiva do sistema de geração hidrelétrica reduz

consideravelmente os riscos de não atendimento da demanda, porém a maioria das

hidrelétricas está localizada na Bacia Hidrográfica do Paraná, e com isso mais de

55% da capacidade instalada está sujeita às mesmas variabilidades climáticas, com

isso a integração com outras fontes de energia e empreendimentos em diversas

escalas reduz essa forte dependência dos rios juntamente com a variabilidade do

clima (FREITAS e SOITO, 2008). Teoricamente a geração termelétrica complementa

a geração de energia hidrelétrica, reforçando a segurança do sistema, evitando

déficit de energia durante as secas ou para atender os picos de demanda. No

entanto, embora seja desejável ter esse tipo de complementaridade na matriz

elétrica, esta deve ser implementada dentro do planejamento setorial e não em

virtude da dificuldade de se fazer projetos hidrelétricos (NEVES, 2009).

Segundo Freitas e Soito (2008) proliferam as pequenas usinas colocadas em

córregos e quedas d’água, o aproveitamento de resíduos da biomassa, as fazendas

de geração eólica nas regiões costeiras e as turbinas derivadas da aviação,

abastecidas por gás natural, e que podem ser instaladas em prédios. O investimento

em PCH’s é muito interessante, pois possibilita que a rede de hidroeletricidade se

torne mais diversificada e espalhada, evitando a concentração de muitos

aproveitamentos na mesma região.

Sabendo das dificuldades que o setor energético brasileiro enfrentou, hoje,

são realizados dois planos para o planejamento do setor, elaborados em conjunto

pela EPE e pelo MME, são o Plano Nacional de Energia (PNE) – 2030 e o Plano

Decenal de Expansão de Energia (PDE). O PNE possibilita uma estratégia de

expansão da oferta de energia econômica e sustentável com vistas a atendimento

do crescimento da demanda. Já PDE possibilita uma visão integrada da expansão

da demanda e da oferta de diversas alternativas energéticas. Ambos servem de

instrumento de planejamento para o setor energético nacional, contribuindo para o

delineamento das estratégias de desenvolvimento do país a serem traçadas pelo

Governo Federal.

Segundo Tolmasquim (2008), visando o futuro do sistema elétrico brasileiro

e sabendo do crescimento econômico e demográfico, é muito importante a

manutenção da participação de energias renováveis na matriz, assim como uma

maior diversificação desta matriz, aumentando a particiáção de cana-de-açucar e

gás natural (FIGURA 13).

57

FIGURA 13 – PERSPECTIVA PARA MAIOR DIVERSIFICAÇÃO DA MATRIZ ENERGÉTICA E AUMENTO DA PARTICIÁÇÃO DA CANA-DE-AÇUCAR E DO GÁS NATURAL FONTE: TOLMASQUIM (2008)

Resumindo, a produção de energia elétrica brasileira atual e futura depende

fortemente da energia hidráulica e do projeto de barragens. A discussão dos

conceitos de barragens de concreto se mostra oportuna, tanto para o

desenvolvimento de novos projetos, quanto para a manutenção dos existentes.

3.3. TIPOS DE BARRAGEM

Historicamente, as barragens têm permitido que as pessoas coletassem e

armazenassem água em períodos chuvosos para que pudessem usá-la nos

períodos de seca, sendo assim, elas têm sido essenciais para o estabelecimento e o

sustento de cidades e fazendas, e para o abastecimento de alimentos por meio da

irrigação de plantações (ICOLD – CIGB, 2008).

A criação de reservatórios artificiais gerou a concepção de vários tipos de

barragens, que geram naturalmente desníveis consideráveis de água nos

aproveitamentos hidráulicos (MARQUES FILHO, no prelo). As barragens são

definidas como barreiras ou estruturas que cortam córregos, rios ou canais para

58

controlar o fluxo da água, podendo variar desde pequenos maciços de terra até

enormes estruturas de concreto (ICOLD – CIGB, 2008). Segundo Marques Filho

(2005) é necessário que continuem os estudos dos materiais e novas técnicas de

construção para empreendimentos hidráulicos, pois apesar da grande quantidade de

reservatórios já existentes, o aumento populacional atrelado à busca da melhoraria

de qualidade de vida por todos os indivíduos, assim como o aumento da procura por

energia pressionam as reservas de água para consumo humano, agropecuário e

industrial.

A escolha do tipo de barragem dependerá, principalmente, da existência de

material qualificado para sua construção, dos aspectos geológicos e geotécnicos, e

da conformação topográfica do local da obra. Além desses fatores outros também

são de extrema importância: a disponibilidade de solo ou rocha com qualidade e

quantidades adequadas; a natureza das fundações; as condições climáticas que

podem dificultar a construção de determinados tipos (MME, 2007).

As barragens são classificadas conforme o material usado em sua

construção.

As principais soluções de barramentos a serem utilizadas nos arranjos hidráulicos podem ser divididas em barragens com corpo executado em materiais soltos ou em concreto, sendo que a solução final depende de avaliação técnico-econômico-ambiental considerando o empreendimento como um todo. A escolha de um tipo de barragem em um aproveitamento hidráulico depende, obviamente, de condicionantes de custo, prazo e qualidade técnica, sendo que esta última depende da tecnologia existente, através da evolução da teoria da segurança, dos modelos estruturais e dos processos construtivos (SHARMA, 1981; CREAGER et al., 1965; GRISHIN, 1981; VARLET, 1972; FUSCO, 1976 apud MARQUES FILHO, 2005).

As principais alternativas de barragens são as de gravidade, as em arco e as

de aterro. Cabe destacar que as barragens de aterro podem ser compostas por mais

de um material e que geralmente recebem uma camada ou núcleo para evitar a

percolação de água. As (FIGURAS 14, 15 e 16) mostram esses três principais tipos

de barragens encontradas em todo mundo.

59

FIGURA 14 – CORTE TRANSVERSAL DE UMA BARRAGEM EM ATERRO FONTE: ICOLD-CIGB (2008)

FIGURA 15 – CORTE TRANSVERSAL DE UMA BARRAGEM DE GRAVIDADE FONTE: ICOLD-CIGB (2008)

60

FIGURA 16 – CORTE TRANSVERSAL DE UMA BARRAGEM EM ARCO FONTE: ICOLD-CIGB (2008)

Outros tipos de barragens que são utilizados: alvenaria; enrocamento com

face de concreto; enrocamento com face de asfalto; enrocamento com núcleo de

asfalto; arcos múltiplos; arcos de dupla curvatura; gravidade aliviada; contrafortes.

Para um empreendimento hidráulico, além da escolha do tipo de barragem

que é importantíssima, é necessário que o local onde a obra será implantada seja

muito estudado, pois ele desempenha papel fundamental na capacidade do

empreendimento, nos impactos gerados e também na definição do tipo de barragem

(MME, 2007). Cada local escolhido para uma barragem é único, com condições

topográficas, geológicas e hidrológicas particulares, sendo assim nenhum local é

igual a qualquer outro, a concepção de um determinado arranjo é uma arte,

normalmente resultado de um processo iterativo, onde varias opções são

concebidas, dimensionadas e orçadas para chegar a melhor solução (MME, 2007).

Por definição, o melhor arranjo para um determinado aproveitamento hidrelétrico é

61

aquele que consegue posicionar todos os elementos do empreendimento de

maneira a combinar a segurança requerida pelo projeto e as facilidades de operação

e manutenção com o custo global mais baixo (MME, 2007).

Como as barragens são parte crítica e essencial de nossa infraestrutura,

elas devem cumprir certos requisitos técnicos e administrativos para garantir sua

operação segura, eficaz e econômica. Segundo o ICOLD – CIGB (2008), alguns

desses requisitos são: as barragens, suas fundações e seus encontros devem ser

estáveis sob todas as condições de carga (níveis dos reservatórios e terremotos); as

barragens e suas fundações devem ser suficientemente vedadas e ter

procedimentos adequados de controle de percolação e vazamentos para garantir a

operação segura e para manter a capacidade de armazenamento; as barragens

devem ter borda livre suficiente para evitar transbordamento de ondas e, no caso de

barragens de terra devem incluir uma margem para recalque da fundação e do

maciço; as barragens devem ter capacidade suficiente de vertimento da vazão para

evitar transbordamento dos reservatórios em casos de enchentes manual de

operação e manutenção; é necessária uma instrumentação adequada para

monitoramento de desempenho; é preciso que haja um plano de monitoramento e

observação das barragens e demais estruturas; é necessário um plano de ação

emergencial; importante o apoio ao meio ambiente natural; cronograma de

inspeções periódicas; revisões abrangentes, avaliações e modificações, conforme

seja apropriado.

3.4. ANÁLISE DE RISCO E SEGURANÇA DE BARRAGENS

Como já extensamente discutido neste trabalho, nesta primeira década do

século XXI, questões como o aproveitamento dos recursos hídricos e a geração de

energia afiguram-se como temas centrais do desenvolvimento das nações,

evidenciando a importância das obras de engenharia civil a elas associadas, com

destaque para as barragens. Assiste-se também a uma maior sensibilização das

populações para o risco que as barragens representam e para o impacto ambiental

associado, sendo assim um tema da sociedade em geral, para além de meramente

técnico ou econômico. As barragens são estruturas que apresentam um risco

potencial elevado, motivo pelo qual os regulamentos de segurança prescrevem

62

atividades de acompanhamento e observação, por instrumentação, inspeção visual

ou ensaios específicos (BRETAS et al., 2010)

Segundo Kochen (2009), as rupturas de barragens de concreto quase sempre

estão relacionadas com problemas na fundação, Um exemplo de gestão inadequada

de ricos geológicos/geotécnicos é o rompimento da barragem de Camará, onde

segundo Kanji (2004) houve uma falha na ombreira esquerda, devido a elevada

subpressão e baixo ângulo de atrito disponíveis, e também evidencia que a ruptura

se deu pela fundação e não pelo corpo da barragem. Esse acidente vitimou 5

pessoas.

Hoje algumas tendências do setor de barragem as quais muitas vezes são

prejudiciais para a boa execução e operação do empreendimento podem ser

analisadas. A tendência de contratos globais, condições de contrato unilaterais,

cronogramas apertados, orçamentos financeiros baixos, e uma competição leonina

instalada no país aumentam significativamente o potencial de risco, assim como

gera necessidade de procedimentos pró-ativos de gerenciamento de riscos

(MARQUES FILHO, 2012). Segundo Medeiros (2009) após a celebração do contrato

é possível o uso de procedimentos técnicos e administrativos inadequados, já que a

contratação e a subcontratação são realizadas somente pelo critério de menor

preço.

Tendo em vista os desastres e as tendências apresentadas acima fica

evidente a necessidade de que haja um controle de riscos muito apurado para

empreendimentos hidráulicos. A segurança de uma barragem é sua capacidade de

satisfazer as exigências do comportamento relativas a aspectos estruturais,

hidráulicos, operacionais e ambientais, de modo a evitar a ocorrência de acidentes

ou incidentes ou minorar suas consequências ao longo da vida útil (RSB, 2007 apud

PINTO, 2008).

A análise de risco é importante tanto para novos empreendimentos como

para as obras já existentes, pois ajudam a garantir o seu funcionamento adequado

conforme preconizados pela Lei de Segurança de Barragem. Segundo Pinto (2008),

a análise de riscos é um conjunto entre a identificação de acontecimentos

indesejáveis, análise das causas desses acontecimentos e a determinação das

respostas das estruturas e suas respectivas consequências. O risco de barragens

pode ser medido pelo Método LCI (Localização, Causa e Indicadores de falha),

primeiro é feito a avaliação das potenciais consequências e suas análises e depois a

63

identificação e avaliação dos modos de ruptura (PIMENTA, 2008 apud PINTO,

2008). Esse risco precisa ser mensurado de alguma maneira, segundo PINTO

(2008) calcula-se o índice de impacto global que é uma combinação ponderada do

potencial de perdas de vidas humanas e perdas econômicas, cuja utilidade é a

comparação com outros possíveis acidentes. Kochen (2009) salienta a necessidade

de que para uma analise de riscos de uma barragem sempre estejam presentes a

classificação da barragem, que seja feita uma inspeção no local, que seja feita uma

análise critica de todas as etapas do projeto até de sua manutenção.

Devido à grande necessidade da análise de riscos e em conjunto o fato de

que a maioria das barragens de concreto rompe por problemas na fundação, ou

seja, problemas geológicos/geotécnicos cabe fazer um parênteses para os principais

riscos relacionados à esse tópico. Medeiros (2009) evidencia os principais

problemas geotécnicos como erros de estimativas, divergências entre plantas e a

topografia real, erros de estimativas de volumes e também na escolha das jazidas,

dificuldade de obtenção de agregados e ocorrência de solos moles assim como

planos de fraquezas e/ou instabilidade na fundação das ombreiras. Sendo assim o

acompanhamento dos serviços assim como a elaboração de um bom programa de

investigações são fundamentais para que a barragem desenvolva seu propósito sem

apresentar problemas.

Sabendo da necessidade de abastecimento de energia para toda a

população brasileira assim como todos os riscos envolvendo os empreendimentos

hidráulicos, juntamente com a detalhada análise de riscos sempre foi necessária a

criação de uma lei de segurança para que fossem garantidas a manutenção e

possível necessidade de contingencia de crise ou acidente.

Por diversas vezes o CBDB (Comitê Brasileiro de Barragens), o IBRACON

(Instituto Brasileiro do Concreto) e a ABMS (Associação Brasileira de Mecânica dos

Solos e Engenharia Geotécnica) fizeram recomendações de interesse público sobre

a gestão de seguranças de barragens no Brasil (MARQUES FILHO, 2012). Esse

documento emitido por essas duas entidades previam que o Governo estabeleça um

Programa Nacional de Segurança de Barragens no qual os agentes técnicos e

financeiros estejam envolvidos assim como os órgãos responsáveis pela outorga,

concessão, controle e fiscalização aprimorem seus procedimentos. Além dessas

sugestões também requeria que a Defesa Civil intensificasse a prevenção de

incidentes e acidentes de barragens e uma outra proposta muito importante é a de

64

que as Universidades e escolas técnicas adequem seus programas à cultura de

segurança de barragens (MEDEIROS, 2009)

Assim sendo foi criada em 2010 a Lei 12.334/10 que estabelece a Política

Nacional de Segurança de Barragens (PNSB) e cria o Sistema Nacional de

Informações sobre Segurança de Barragens (SNISB). Segundo se Artigo quinto a

fiscalização da segurança de barragens caberá, sem prejuízo das ações

fiscalizatórias dos órgãos ambientais integrantes do Sistema Nacional do Meio

Ambiente (Sisnama) (NUNES, 2011).

A ANA (Agência Nacional de águas) passou a fiscalizar a segurança de

barragens daquelas outorgáveis por ela sendo assim os regulamentos emitidos pela

ANA só tem eficácia nas barragens cuja fiscalização cabe ao órgão (NUNES, 2011).

Assim sendo, foi criado um Plano de Segurança de Barragens formado por cinco

volumes: Informações gerais; Planos e Procedimentos; Registros e Controle; Plano

de ações de emergência; Revisões periódicas de Segurança de Barragens que são

ações para garantir a manutenção. Vale salientar que as inspeções de segurança

regular e especial terão a sua periodicidade, a qualificação da equipe responsável, o

conteúdo mínimo e o nível de detalhamento definidos pelo órgão fiscalizador em

função da categoria de risco e do dano potencial associado à barragem.

65

4. BARRAGENS DE CONCRETO À GRAVIDADE

A utilização do concreto como material de construção de barragens de

aproveitamentos hidráulicos ocorre a mais de 120 anos, permitindo a obtenção de

um banco de dados confiável sobre o comportamento deste tipo de obra


Mais precisamente, em barragens sua utilização começou a se desenvolver

na segunda metade do século XX, porém os projetos eram realizados utilizando

métodos empíricos baseados em estruturas semelhantes de alvenaria e sem

cuidados com o controle dos materiais utilizados. No Brasil a construção de

barragens de concreto se desenvolveu a partir dos anos 60, e depois dos anos 80

perdeu força para outras alternativas (MARQUES FILHO, 2005)

Devido à utilização do concreto em empreendimentos hidráulicos nos últimos

120 anos, os modelos de comportamento são bem conhecidos, balizados pela

instrumentação e monitoramento de obras existentes (MARQUES FILHO e ISAIA,

2011).

O projeto civil das barragens de concreto é multidisciplinar, envolvendo

diversas áreas: a hidrologia, a hidráulica, a mecânica das rochas e a engenharia de

estruturas (GUTSTEIN, 2011).

As barragens de concreto adotam cinco tipos de soluções básicas:

barragens de concreto a gravidade, a gravidade aliviada, arco-gravidade, em arco e

em contrafortes. Nas barragens de concreto a gravidade, grosseiramente, as ações

geradas pelo reservatório têm como fator estabilizante o peso próprio da estrutura,

utilizando como critério de resistência as envoltórias de Mohr-Coulomb em modelos

cujo comportamento predominante pode ser caracterizado grosseiramente pela

seção transversal em balanço (MARQUES FILHO, no prelo). As barragens são

estruturas assimétricas e tridimensionais, construídas a partir de materiais

complexos com propriedades físicas não uniformes e anisotrópicas. Isto reflete na

interacção da barragem com a sua base e na resposta aos esforços estruturais

(NOVAK et al., 2004).

Em todas estas soluções estão associados volumes expressivos de concreto, gerando preocupações quanto a fissuração gerada pelos fenômenos termogênicos da hidratação do cimento, cujos malefícios são potencializados na presença da água do reservatório. Na evolução do concreto para utilização em estruturas de grande porte surgiu o conceito de concreto massa, que exige medidas para controlar a geração de calor e a

66

variação de volume decorrente, a fim de minimizar a sua fissuração (CBGB et al., 1989;PACELLI DE ANDRADE et al., 1997, apud MARQUES FILHO, 2005, pg. 3).

Estruturas onde há altas gerações de calor estão susceptíveis a criarem um

panorama de tensões devido oscilações volumétricas, com isso fissurações podem

ocorrer levando em risco a segurança da barragem assim como sua durabilidade

(KEPERMAN E ISAIA, 2005).

As barragens à gravidade têm sua estabilidade garantida principalmente pelos

esforços de gravidade, ou seja, seu peso próprio (DE BARROS et al., 2011). Sendo

assim o perfil de uma barragem à gravidade é essencialmente triangular, para

assegurar a estabilidade e a fim de evitar a sobrecarga da barragem ou a sua

fundação. Algumas barragens de gravidade são suavemente curvas no plano por

razões estéticas ou por necissidades hidráulicas ou econômicas, e sem colocar

qualquer desconfiança em sua estabilidade (NOVAK et al., 2004). Com isso,

sabendo de sua complexibilidade e multidisciplinaridade, o perfil transversal deverá

satisfazer a duas principais condições: as tensões atuantes devem estar dentro de

limites pré-estabelecidos e proporcionar estabilidade para o corpo da barragem,

suportando o deslizamento na fundação, paralelamente à essas observações deve-

se buscar uma seção ótima para garantir a estabilidade e um menor gasto de

concreto possível (GUTSTEIN, 2011).

A (FIGURA 17) apresenta uma seção transversal típica de uma barragem à

gravidade e (FIGURA 18) uma seção longitudinal.

FIGURA 17 – SEÇÃO TRANSVERSAL DE UMA BARRAGEM DE CONCRETO A GRAVIDADE FONTE: MARQUES FILHO (2012)

Empuxo

Falhas e fraturas

Concreto Permeável

Galerias de drenagem

67

FIGURA 18 – VISTA DE JUSANTE DE UMA BARRAGEM DE CONCRETO A GRAVIDADE FONTE: MARQUES FILHO (2012)

Algumas características das obras civis de barragens são bem importantes

de serem apresentadas. Há interação permanente entre projeto e métodos

construtivos, devendo ser utilizado com muito cuidado os equipamentos e materiais,

assim como o clima também interfere bastante na construção e planejamento. A

estrutura de uma barragem é maciça, sendo assim o peso próprio e a termogênese

do concreto são bastante importantes no projeto. Pelos grandes volumes existentes,

há uma dificuldade de execução, bem como devem ser tomados cuidados com as

reações deletérias. O controle de qualidade precisa ser muito rigoroso, pois, além de

prazos apertados correlacionados com custo altíssimos, deve-se focar na segurança

do processo. Tal controle também é fundamental, pois em barragens de concreto os

modelos são complexos, as normas para edificações com difícil aplicação, as

análises de segurança são bastante sofisticadas assim como a geologia do local

interfere com as formas (MARQUES FILHO, 2012).

Assim, uma extensa campanha de sondagens e investigações geotécnicas é

fundamental na fase de projeto. Devem ser executados furos, trincheiras, galerias e

investigações geofísicas, de modo a caracterizar o mais amplamente possível o

subsolo e as ombreiras. As estruturas devem ser sempre assentadas em rochas

com adequadas características mecânicas para suportar a carga vertical e conferir

estabilidade contra esforços de cisalhamento e deslizamento (DE BARROS et al.,

2011).

Juntas de contração

Galerias de Drenagem

68

Segundo de Barros et al. (2011) as barragens de gravidade são

classificadas, em termos estatísticos, levando em conta suas alturas estruturais.

Define-se altura estrutural como a diferença, em elevação, entre a crista da

barragem (a elevação da pista de rolamento ou do passeio, caso não exista pista) e

o ponto mais baixo da fundação, excluindo-se eventuais zonas de falhas. Desse

modo, considera-se o seguinte critério (U.S. Bureau of Reclamation):

Barragens baixas — até 30 m de altura;

Barragens médias — de 30 a 90 m de altura;

Barragens aftas — acima de 90 m de altura.

A escolha da solução de barramento não é nenhum pouco simples,

implicando a interatividade de diversas áreas e análise muito criteriosa. Segundo

Marques Filho (2012), a escolha envolve a mitigação dos riscos, capacidade

executiva minimização da interferência ambiental, avaliação econômico-financeira

holística, levando em conta o arranjo físico geral e o cronograma de obras com

possíveis antecipações de receita. Todos esses aspectos precisam ser satisfeitos

simultaneamente, por isso diversos arranjos são estudos para se chegar à solução

ideal.

A integridade estrutural de uma barragem deve ser mantida em toda a gama

de circunstâncias ou acontecimentos que podem surgir em serviço (NOVAK et al.,

2004). O arranjo é, portanto, determinado através da análise conjunta de todas as

condições de carregamento, e portanto, a estabilidade da barragem e fundação deve

ser assegurada em todas as circunstâncias (NOVAK et al., 2004).

4.1. VERIFICAÇÃO DA SEGURANÇA

Até meados do séc. XIX, o projeto de barragens seguia modelos empíricos

em que as secções transversais adotadas apresentavam grande volume, pois eram

a seguiam a risca o principio da contenção do reservatório pela massa da barragem

(BRETAS et al., 2010).

69

Durante a segunda metade do séc. XIX surgiram os primeiros trabalhos

científicos nesta área. Os trabalhos produzidos por Sazilly, Delocre e Rankine

devem ser referidos como os mais influentes, pois foram decisivos no

desenvolvimento tecnológico, pois com base num melhor conhecimento da

resistência dos materiais, das solicitações e dos mecanismos de ruptura, permitiam

obter obras igualmente seguras, mas com considerável redução do volume de

material (BRETAS et al., 2010).

Com essa evolução, muitos estudos foram feitos, e juntamente com a

evolução da tecnologia novas técnicas foram empregadas, sempre tentando manter

a segurança da barragem, ou seja, garantindo sua estabilidade e durabilidade. Os

estudos foram voltados tanto para a área dos materiais utilizados como também

para os métodos construtivos e técnicas para aliviar tensões na base.

4.1.1. Tipos de concreto utilizados

4.1.1.1. Concreto Massa

O primeiro registro de controle tecnológico de concreto foi nos Estados

Unidos da América ocorreu em 1888, na Barragem de Crystal Springs, na Califórnia.

A tecnologia inicialmente incipiente, foi desenvolvida com a evolução contínua dos

materiais utilizados e o aperfeiçoamento da técnica de construção; e, também, foram

sendo estudados os fenômenos de permeabilidade do concreto e da fissuração

térmica (MARQUES FILHO e ISAIA, 2011).

O concreto massa é definido como aquele que ao ser aplicado à uma

estrutura requer cuidados com seu comportamento térmico, para evitar que fissuras

surjam devido à esse comportamento (KUPERMAN E ISAIA, 2005). As primeiras

utilizações de concreto massa no Brasil datam do inicio do século XX, quando várias

barragens de concreto à gravidade foram construídas (KUPERMAN E ISAIA, 2005).

A evolução da tecnologia de concreto aplicada aos aproveitamentos hidráulicos teve

grande impulso a partir do final da década de 50, coincidindo com o esforço de

industrialização do país. Um marco importante do desenvolvimento técnico do

70

concreto massa foi a construção da Usina Hidrelétrica Ilha Solteira (MARQUES

FILHO e ISAIA, 2011).

A evolução da tecnologia de concreto aplicada às barragens de concreto e

estruturas complementares levou a diminuição contínua dos consumos de cimento,

com o desenvolvimento de critérios de dosagem e de controle de qualidade efetivos.


A (FIGURA 19) apresenta uma vista geral da barragem de Itaipú, construída

parte em concreto massa.

FIGURA 19 – USINA DE ITAIPU FONTE: ITAIPU (2013)

Projetistas e construtores de grandes barragens foram os primeiros a

reconhecer a importância da elevação da temperatura no concreto devido ao calor

de hidratação, gerando fissuras devido à retração proveniente de seu resfriamento.

(MEHTA e MONTEIRO, 2008) O aumento da temperatura é uma consequência

direta da evolução do calor de hidratação do cimento, e essa retração é causada

pelo fato do concreto ter a tendência de equiparar a sua temperatura com a

temperatura ambiente, resultando em um gradiente térmico (FUNAHASHI e

KUPERMAN, 2010). Essas fissuras causadas pelas tensões de tração oriundas da

queda de temperatura prejudicam tanto a capacidade estrutural quanto a

71

durabilidade da estrutura, além da possibilidade de ocorrer infiltrações por essas

fissuras prejudicando o desempenho da estrutura (FUNAHASHI e KUPERMAN,

2010).

O controle das variações volumétricas é feito através do controle da

temperatura de lançamento, cura com pós-refrigeração, dosagens adequadas,

limitação da altura das camadas e de seus intervalos de lançamento, e pelo

dimensionamento de juntas de contração, que são complementadas por dispositivos

de vedação e quando necessário chavetas ou almofadas (MARQUES FILHO, 2005).

Os parâmetros básicos que influenciam no projeto e na análise de estruturas de concreto massa em geral são: tipo de cimento (calor de hidratação do cimento); consumo de cimento por m³ de concreto (elevação adiabática da temperatura do concreto); litologia do agregado (difusividade térmica); temperatura ambiente; temperatura de lançamento do concreto fresco; geometria da estrutura de concreto; altura das camadas de concretagem; intervalo de lançamento das camadas de concretagem e transmissão superficial de temperatura (tipo de cura e fôrmas) (FUNAHASHI; KUPERMAN, 2010, pg 2).

Sabendo que a escolha do tipo de cimento para obras de grande porte será

determinada, obviamente, pela disponibilidade cotejada contra os custos de

transporte, pois este tipo de empreendimento geralmente está localizado em regiões

afastadas dos grandes centros urbanos, cabe a tentativa da busca pelo cimento

disponível com menor calor de hidratação de preferência cimentos com adição de

materiais pozolânicos, pois esse, além de reduzir o calor de hidratação desse tipo de

material, melhora a trabalhabilidade e ajuda a inibir reações deletérias (MARQUES


Sabendo da necessidade de um concreto que respeite todas as

características já pré-estabelecidas, é muito importante que se tome muito cuidado

com as escolhas dos constituintes desse concreto e sua dosagem. Segundo Mehta

e Monteiro (2008) através de diversos métodos é possível atingir consumos baixos

de cimento, até 100 kg/m³, com isso é essencial a utilização de aditivos e adições.

Geralmente, para reduzir a quantidade de água necessária, são utilizados de 4 a 8%

de ar incorporado à mistura de concreto, assim como aditivos redutores de água

estão sendo cada vez mais utilizados, paralelamente são utilizadas pozolanas para

substituir parcialmente o cimento e assim reduzir o calor de hidratação (MEHTA e

MONTEIRO, 2008). Assim como há essa preocupação com a quantidade de cimento

e as adições e aditivos utilizados, também é necessário um cuidado com os

72

agregados utilizados, sendo assim busca-se a utilização da maior quantidade

possível de agregados graúdos (MEHTA e MONTEIRO, 2008).

O processo construtivo de barragens de concreto é complexo, tendo

cronogramas de execução em geral superiores a um ano (MARQUES FILHO, no

prelo). Cada lançamento efetuado inicia durante o processo de endurecimento o

desencadeamento da geração de calor pela reação de hidratação, recebendo

restrições das camadas anteriores, cada uma com sua característica de resistência,

módulo de elasticidade, coeficientes de fluência que variam com o tempo; e também,

gerando continuamente calor (MARQUES FILHO, 2005).

Os estudos térmicos consistem em análises de temperaturas oriundas da

liberação de calor gerada pela hidratação dos compostos do cimento e das tensões

geradas pela retração térmica do concreto, basicamente dividem-se em duas

etapas: cálculo das evoluções de temperaturas do concreto e análise das tensões

e/ou deformações térmicas resultantes na estrutura quando de seu resfriamento

(FUNAHASHI e KUPERMAN, 2010).

Na prática, os principais desafios do projeto de estruturas de concreto massa

são a maximização da espessura das camadas de concreto e a minimização do

tempo de lançamento entre elas, sem resultar na ocorrência de um quadro

fissuratório (FUNAHASHI e KUPERMAN, 2010).

A (FIGURA 20) apresenta o campo de temperaturas simulado via Método

dos Elementos Finitos em seção de barragem de concreto à gravidade.

FIGURA 20 – MODELO DE DIMENSIONAMENTO EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA E ANÁLISE GRÁFICA DAS VARIAÇÕES VOLUMÉTRICAS FONTE: MARQUES FILHO (2012)

73

Além da utilização de menos cimento, aditivos e adições especiais para

tentar controlar o calor de hidratação existem técnicas tanto de pré-resfriamento

como de pós-resfriamento, para tentar conter esse calor gerado. Essas técnicas

começaram e serem utilizadas nas décadas de 1930 e 1940.

A principal técnica de pós-resfriamento é a circulação de água fria através de

tubos de aço com paredes finas embutidos previamente no concreto, tipicamente os

tubos tem 25 mm de diâmetro e 1,5 mm de espessura, o espaçamento entre os

tubos e as espessuras das camadas variam para limitar a temperatura máxima à um

nível projetado (MEHTA e MONTEIRO, 2008).

Como medidas para o pré-resfriamento são utilizadas as seguintes técnicas:

utilização de gelo como parte da água de amassamento, para limitar a temperatura

do concreto fresco; o resfriamento dos agregados seja com água fria ou com

nitrogênio, para da mesma forma limitar a temperatura do concreto fresco. O

controle da temperatura de lançamento é muito importante para evitar a fissuração

do concreto massa (MEHTA e MONTEIRO, 2008).

Sendo assim podemos observar que são necessários vários cuidados na

utilização de concreto massa, para que o mesmo apresente a trabalhabilidade

adequada e a resistência requerida tentando abrandar a geração de calor de

hidratação para evitar fissurações futuras.

4.1.1.2. Concreto Compactado com rolo (CCR)

O conceito de concreto compactado com rolo causou uma grande mudança

na prática de construção de barragens de concreto massa. O processo tradicional

utilizado junto ao concreto massa é lento, e a aplicação de equipamentos de

terraplanagem fez com que a construção de barragens se tornasse mais rápida

(MEHTA e MONTEIRO, 2008).

O CCR é uma técnica construtiva, com peculiaridade de uso intensivo de

equipamentos tipicamente empregados em obras de terra/enrocamento, procurando

obter um máximo desempenho no quesito velocidade de lançamento, aliado a

custos baixos e teores de cimento relativamente pequenos para diminuição dos

efeitos das variações volumétricas de origem termogênica do concreto (MARQUES


74

A execução do concreto compactado com rolo aplica os processos

executivos usualmente utilizados em obras de terra, durante as fases de colocação

(com espalhamento) e compactação. O transporte geralmente é executado por

caminhões basculantes ou correias transportadoras. O espalhamento é utilizando

tratores de esteiras cujas lâminas colocam o concreto na posição final e acertam a

espessura para compactação. E para compactação são utilizados rolos

compactadores vibratórios (MARQUES FILHO, 2005).

As barragens de CCR têm características gerais de projeto e comportamento

estrutural muito similar aos modelos usualmente adotados para concreto

convencional, que são largamente conhecidos e estudados, tendo como base vários

protótipos em funcionamento (MARQUES FILHO, 2005).

A (FIGURA 21) apresenta a UHE Ney Braga, antiga UHE Santo Caxias, cuja

barragem utiliza CCR.

FIGURA 21 – UHE SALTO CAXIAS FONTE: UHE MAUA (2005)

A aplicação do CCR iniciou-se em pavimentos e em concretos de

regularização, com uso contínuo desde a década de 20, principalmente como base

de pavimentos e pistas aeroportuárias, sendo que a primeira obra de grande porte

de CCR foi construída nos Estados Unidos da América, a barragem de Willow Creek,

em 1982, com 52 m de altura e um volume colocado de CCR de 317.000 m3

(MARQUES FILHO e ISAIA, 2011).

75

O controle de qualidade do CCR envolve basicamente duas operações:

inspeção e ensaios (KUPERMAN e ISAIA, 2005). Além da preocupação com as

variáveis para que tenhamos um produto final de qualidade, o processo também

depende de mão-de-obra qualificada (KUPERMAN e ISAIA, 2005).

Enquanto as barragens utilizando concreto massa utilizam em geral

camadas cuja espessura variam entre 2,0 m e 2,5 m, o método construtivo utilizando

o CCR impõe valores entre 0,25 e 0,50 m, aumentando consideravelmente a

quantidade de juntas horizontais ao longo de toda a barragem, com isso é

necessário um maior cuidado com a possibilidade de percolação de água, assim

como a garantia de ligação entre as camadas. Tal fato aliado à necessidade da

consistência seca trouxe muita dúvida no começo da utilização de CCR (MARQUES

FILHO, 2005).

As figuras 22 e 23 apresentam a construção das barragens da UHE Mauá e

UHE Salto Caxias, nelas podem-se observar o pátio de construção assim os

equipamentos e processo de execução do CCR.

FIGURA 22 – BARRAGEM da UHE MAUÁ NA FASE FINAL CONSTRUÇÃO FONTE: UHE MAUA (2013)

Segundo Mehta e Monteiro (2008), o CCR não requer cimentos especiais,

porém recomenda-se a utilização daqueles com baixo calor de hidratação. Há uma

ampla utilização de adições minerais que visam diminuir a temperatura assim como

melhorar a trabalhabilidade, geralmente são usados cinzas volantes, escórias e

pozolanas naturais, além dessas também são utilizados aditivos incorporadores de

76

ar e redutores de água. Geralmente a dimensão máxima do agregado graúdo é

limitada em 38mm sendo que aqueles com dimensões superiores à 76mm

raramente são utilizados, pois podem causar problemas na compactação e

espalhamento, a distribuição granulométrica é extremamente importante para o

CCR, sendo a utilização de material mais fino que 75µm produz uma mistura mais

coesa (MEHTA e MONTEIRO, 2008).

FIGURA 23 – PRAÇA TIPA DA BARRAGEM DE SALTO CAXIAS FONTE: MARQUES FILHO (2012)

É muito importante o conhecimento das propriedades do CCR antes do inicio

das obras, para que sejam garantidos o grau de compactação necessário assim

como a resistência esperada, sendo assim pela peculiaridade do processo os

ensaios tradicionais de concreto tiveram que ser adaptados ao CCR (KUPERMAN e

ISAIA, 2005).

Segundo Marques Filho e Isaia (2011) os estudos em cima do CCR devem

ser realizados nas seguintes categorias:

Concreto fresco, para evitar a segregação, adaptar-se às condições climáticas

e possuir trabalhabilidade compatível com os equipamentos utilizados;

Concreto endurecido, garantir a durabilidade da obra solicitada às condições

ambientais durante a vida útil e apresentar propriedades reológicas

compatíveis com os modelos utilizados em projeto;

77

Custo e disponibilidade, pois as soluções e dosagens devem se adaptar aos

materiais disponíveis na região do aproveitamento, seu custo de produção e

transporte;

Controle da qualidade, a solução deverá contemplar sistema de controle e

garantia da qualidade compatíveis com a responsabilidade da estrutura.

Monitoramento, possibilidade de verificar o comportamento durante a vida útil

para que seja feita uma análise de segurança e assim a durabilidade durante

a vida útil seja garantida.

4.1.2. Exploração do Subsolo

Segundo um levantamento efetuado em 1983, para as barragens de

concreto e alvenaria, 75% dos casos de deterioração que ocasionaram acidentes

ocorreram na fundação. Estes casos surgem principalmente devido à característica

cíclica da subida e diminuição do nível do reservatório, que acabam por alterar

progressivamente o comportamento hidromecânico do maciço. Assim, são

necessárias medidas para aumentar a capacidade resistente da fundação e da

interface barragem-fundação, assim como diminuir a subpressão na fundação

(BRETAS et al., 2010).

O material ideal da fundação de uma barragem seria aquele pouco

permeável, de elevada resistência e baixa deformabilidade. Entretanto, nem sempre

essas recomendações são possíveis (LEVIS, 2006).

Devido à dificuldade em se encontrar um terreno perfeito para a instalação

de uma barragem, é necessário que seja feito um estudo bastante aprofundado do

subsolo para que o dimensionamento da barragem seja feito de maneira mais

precisa. O fato de as barragens estarem dispostas sobre meios heterogêneos e

anisotrópicos faz com que a identificação destes cenários só seja possível a partir da

observação contínua de cada obra específica (BRETAS et al., 2010).

Segundo Das (2007) para projetos de fundação e obras de construção deve-

se conhecer a estratificação real do solo no local, sendo assim para as grandes

estruturas deve ser realizada uma exploração do subsolo.

78

Todos os cenários de ruptura que envolvam aspectos relacionados com a

fundação devem ser analisados com cautela, pois dependem de aspectos

específicos de cada obra e necessitam ser contextualizados com os dados

disponíveis do local ou a serem recolhidos com este objetivo. Caso não se adote

este procedimento a análise pode basear-se em pressupostos incorretos (BRETAS

et al., 2010)

Um programa de exploração do subsolo pode ser dividido em quatro fases:

compilação das informações existentes relacionadas à estrutura, onde são

pesquisados o tipo da estrutura à ser construída assim como seu uso, e previsões

de cargas; Coleta de informações existentes para as condições de subsolo, como

mapas geológicos, mapas de solos de condados, manuais de solo publicados pelos

departamentos rodoviários estaduais e relatórios já existentes de estruturas

próximas; Reconhecimento do locas da construção proposto; Investigação detalhada

do local, nesta fase são realizadas várias sondagens no local assim como diversos

ensaios de laboratório a partir das amostras (DAS, 2007)

Para isso caracterizar a rocha da fundação é realizada a testemunhagem da

rocha, onde testemunhos são retirados através de uma perfuração rotativa (DAS,

2007).

No final da exploração e amostragem é realizado um relatório de exploração

do solo que é preparado para se usado no projeto e assim ajudar na escolha da

melhor solução de barramento possível, sempre respeitando os critérios de

segurança. As seguintes informações devem estar presentes em tal relatório:

1. Escopo da investigação;

2. Descrição geral da estrutura proposta;

3. Condições geológicas do local;

4. Detalhes da perfuração;

5. Descrição das condições de subsolo, determinadas a partir das amostras;

6. Detalhes da perfuração;

7. Nível do lençol freático;

8. Detalhes das recomendações para fundações;

9. Problemas de construções previstos;

10. Limitações da investigação.

79

4.1.3. Conceito de Subpressão

A descoberta de um local com as características ideais para a

implementação de qualquer obra geotécnica em geral e de uma barragem em

particular, é um dos passos mais importantes em todo o processo (GAMA, 2012).

O entendimento da ação da subpressão, no final do século XIX revolucionou

o futuro dos tratamentos de fundações de barragens. A execução de vedações com

cortinas de injeção de cimento, associadas com drenagem, passou a ser, desde

então, de suma importância para a segurança e viabilidade econômica das obras

(LEVIS, 2006). A contribuição fundamental foi dada por Lévy, cuja análise da ruptura

da barragem de Bouzey pôs em evidência a importância da subpressão na

estabilidade global destas estruturas (BRETAS et al., 2010)

De acordo com LEVIS (2006) “A supressão pode ser entendida como o

esforço exercido em uma estrutura ou em sua fundação, no sentido ascendente, em

função da pressão decorrente da percolação de água através dos maciços de

concreto, rochoso ou de terra”.

Segundo Serafim apud Marques Filho (2005) em meios porosos como a

rocha e o concreto, a efetividade de aplicação do esforço chega a mais de 90%, ou

seja, para a determinação numa seção qualquer da força aplicada pela pressão

neutra deve ser considerada 90% de sua área de aplicação. A subpressão atua no

alívio do peso da estrutura, de forma a reduzir sua resistência ao deslizamento e

levar a estrutura a uma condição menos segura (OLIVEIRA, 2008).

De acordo com apud Sherard et al. (1963) apud Oliveira (2008), a

subpressão pode causar dois tipos de ameaça para a segurança da barragem, o

primeiro seria o fato de que a pressão de água ao longo da fundação tende a aliviar

o peso de concreto e o segundo seria a influência que a subpressão tem em relação

as tensões na base, pois parte da tensão é atenuada por ela.

Vários critérios de determinação da subpressão foram estudados, sendo

estes, em sua maioria, métodos empíricos. Tentativas empíricas para desenho de

diagramas de subpressão não estão erradas, mas podem ser penosas, dependendo

da geologia, como em fundações com alta variabilidade; além de caras e

conservadoras, em determinados casos métodos probabilísticos para análise deste

problema são raros e pouco disponíveis. Portanto, há interesse em retro analisar

80

dados existentes e aferir se métodos probabilísticos conseguem fornecer estimativas

dentro de limites de confiabilidade conhecidos (LEVIS, 2006).

Segundo Guimarães (1988) apud Levis (2006) a experiência tem mostrado

que a forma do diagrama de subpressão que se estabelece sob o maciço da

barragem é função direta da geometria da obra e do esquema de tratamento

adotado.

Para enfrentar os problemas de construção de obras com reservatórios

sobre espessas camadas de terra e rochas permeáveis vem sendo desenvolvidos

diversos métodos que tem possibilitado que as edificações tenham uma maior

segurança (JARDIM, 1989).

A (FIGURA 24) mostra os principais cuidados tomados no projeto de

barragem à gravidade com relação à subpressão, como face de permeabilidade

controlada, cortina de injeções e cortinas de drenagem.

FIGURA 24 – SEÇÃO TÍPICA DE BARRAGEM DE CONCRETO A GRAVIDADE FONTE: MARQUES FILHO (2012)

Sabendo que a permeabilidade é fundamental para os processos físico e

químico de deterioração do concreto é muito importante um estudo dos fatores que

Cortina de Drenagem

Cortina de Injeções

Concreto – permeabilidade

controlada

Galeria de drenagens

81

controlam essa permeabilidade (MEHTA e MONTEIRO, 2008). Assim, segundo

Marques Filho (2012), tanto a permeabilidade quanto a possibilidade de geração de

pressões neutras no maciço são fundamentais para a durabilidade da estrutura.

Além dos cuidados com a permeabilidade e com a fissuração, são muito

importantes as ações para a diminuição dos defeitos de concretagem em obras

maciças, cujos casos mais comuns são caminhos preferenciais de percolação

gerados por juntas de concretagem mal preparadas, e porosidades geradas por

adensamento insuficiente (IBRACON 1989 apud MARQUES FILHO, 2005). Marques

Filho (2005) salienta os ensaios que preconizam a passagem de água sob pressão

em corpos-de-prova cilíndricos de concreto, medindo a água percolada e aplicando

a Lei de Darcy para corpos porosos.

Darcy publicou uma equação (EQUAÇÃO 01) para a velocidade de

percolação de água através de solos saturados, cuja possui uma relação linear entre

gradiente hidráulico i e um coeficiente de condutividade hidráulica k (DAS, 2007).

(01)

Para tentar limitar essa percolação de água pelo maciço rochoso a face de

montante da barragem é composta por concreto menos permeável que o concreto

do resto do maciço, sabendo que permeabilidade do é menor com a diminuição da

relação água/cimento, o que aumentaria em tese o consumo de cimento, buscam-se

concreto com utilização de aditivos, pozolanas como substituição de parte do

cimento Portland, utilização de fíler na forma de agregado pulverizado ou pozolana

para que evitar o calor de hidratação (MARQUES FILHO, 2005).

As cortinas de impermeabilização são realizadas de modo a impedir a

circulação de água sob barragens ou outras estruturas, ou apenas reduzi-la até um

ponto que possa ser controlada, segura e economicamente, por métodos de

drenagem, tal controle é atingido através da execução de uma ou mais fiadas de

furos na fundação de uma barragem, usualmente paralelos ao alinhamento da

barragem ou perpendiculares ao sentido de escoamento da água (GAMA, 2012).

A cortina é então executada, preenchendo as fissuras do maciço com calda

à base de cimento ou outro material. Teoricamente, a cortina necessita apenas de

ser de uma determinada largura, sendo que em termos práticos aquela que é obtida

será superior à necessária em algumas zonas e, possivelmente, não o suficiente em

outras, devido à variação das condições geológicas subsuperficiais (GAMA, 2012).

82

Segundo Gama (2012) a maioria das injeções é realizada com caldas à base

de cimento Portland misturado com água numa misturadora de velocidade elevada

com razão A/C entre 5:1 a 0,5:1 (Fell et al., 2005) de modo a obter-se uma calda

capaz de penetrar os defeitos do maciço da fundação.

Outra maneira de tentar limitar essa percolação e diminuir a supressão é

utilização concomitantemente à cortina de injeções de cortinas de drenagem.

Segundo Porto (2002) apud Levis (2006), as cortinas de drenagem são

constituídas de furos igualmente espaçados e dispostos logo a jusante da cortina de

injeção profunda, cujo objetivo consiste em drenar as águas que fluem através do

maciço e aliviar as subpressões impostas pela carga hidráulica do reservatório.

Além dessa cortina, é indispensável a presença de drenos que interceptem

as fraturas capazes de conduzir água dentro do maciço e que sua cota seja a menor

possível, pois quanto mais perto do solo esses drenos forem instalados mais será o

alívio da subpressão na base da barragem (GUIMARÃES 1988 apud LEVIS, 2006).

A experiência e as análises de desastres evidenciaram a necessidade

dessas técnicas para aliviar a subpressão e aumentar a segurança da barragem por

garantir sua estabilidade. Stharly (1966) apud Levis (2006) reafirma que em um

terreno homogêneo, para escoamento em regime permanente, a distribuição das

subpressões depende somente das disposições geométricas: forma da obra,

situação e espaçamento dos drenos, e independe do coeficiente permeabilidade, ou

seja, o terreno poderá ser mais ou menos permeável, mas a pressão será a mesma,

resultando daí que, uma rede de drenagem terá o mesmo efeito nas subpressões

em qualquer terreno variando apenas a vazão nos drenos. Com isso fica

evidenciando a necessidade de novos estudos e desenvolvimento de novas

tecnologias para empreendimentos futuros para baratear o custo e evitar novos

acidentes.

A maioria das recomendações de projeto considera, a favor da segurança,

que os esforços são aplicados na totalidade das seções analisadas (MASON, 1988

apud MARQUES FILHO, 2005).

Segundo Marques Filho (2005), o campo independe dos esforços internos

das estruturas, devendo ser considerado nas análises de equilíbrio interno e externo.

Para efeito de análise mecânica surgem os conceitos conforme a (FIGURA 25):

Tensão total, ou seja, aquela que decorrente do estudo do equilíbrio da seção

em estudo;

83

Tensão neutra, que corresponde ao campo de tensões gerado pela

percolação, que é função única do meio poroso e das condições dos níveis de

água às quais o corpo está submetido;

Tensão efetiva, como aquela realmente aplicada aos pontos materiais

componentes da estrutura, sendo numericamente igual à diferença entre

tensão total e a tensão ou pressão neutra ou subpressão.

FIGURA 25 – DIAGRAMAS DE TENSÕES EM BARRAGENS DE CONCRETO À GRAVIDADE FONTE: MARQUES FILHO (2005)

84

5. ANÁLISE DE ESTABILIDADE GLOBAL DA ESTRUTURA

Para entendimento dos fenômenos envolvidos em obras hidráulicas, é

necessária uma análise da seção da barragem, estudando seus principais

componentes assim como todos os carregamentos, juntamente dos componentes de

subpressão. Além dessa análise, outras incógnitas são levadas em consideração no

dimensionamento de uma barragem, são elas: o efeito da reação termogênica do

cimento; os cuidados com a geometria da estrutura e da fundação para evitar

concentração de tensões; o efeito da fluência (MARQUES FILHO e ISAIA, 2011).

Segundo (Andriolo e Sarkaria, 1995 apud Marques Filho, 2005), em obras de

barragens a gravidade, as resistências ao cisalhamento são determinantes do

material ao invés da resistência à compressão ou tração, excetuando-se as

situações onde existam terremotos.

Para que a segurança possa ser garantida de maneira que respeite todos os

critérios estabelecidos, como da mesma maneira, todas as parcelas relevantes para

o dimensionamento possam ser levadas em consideração são necessários vários

estudos assim como um controle bastante rígido de todo o processo.

Segundo Marques Filho (2012) na análise de segurança global a barragem é

considerada como corpo rígido e suas seções são consideradas planas. Apesar dos

modelos serem complexos e de serem necessários cuidados especiais com a

drenagem e a percolação, a partir de condições fictícias, mas de fácil conceituação,

uma avaliação das condições gerais de estabilidades é possível de ser feita. Nessa

análise será verificado se a estrutura está dentro da probabilidade de ruína aceita,

para tal são consideradas configurações de carregamento com diferentes

probabilidades de ocorrência e com isso a seção é analisada à flutuação, ao

tombamento, ao deslizamento, assim como também são analisadas as tensões

aplicadas na seção (MARQUES FILHO, 2012).

85

FIGURA 26 – ESQUEMA COM OS PRINCIPAIS CARREGAMENTOS FONTE: NOVAK et al. (2004)

5.1. AÇÕES ATUANTES

Conforme Tamashiro (2008), as principais ações atuantes em barragens de

gravidade para a análise de estabilidade global são:

Peso Próprio e sobrecargas;

Pressões Hidrostáticas;

Subpressão e Pressões intersticiais nos poros de concreto;

Pressões Hidrodinâmicas;

Empuxos de materiais assoreados;

Forcas sísmicas.

5.1.1. Peso Próprio

O peso próprio de uma barragem de concreto é definido pelo produto do

volume da barragem pelo peso específico do concreto utilizado. O peso específico

do concreto massa – CCR e simples, segundo a Eletrobrás (2003), varia entre 21 e

26 kN/m³ em função do agregado aplicado. Usualmente são feitas análises de

estabilidade bidimensionais, considerando a barragem representada por uma seção

86

com largura unitária. Assim, a (EQUAÇÃO 02) apresenta o peso de uma seção

transversal por unidade de comprimento.

(02)

onde,

P: Peso Próprio da Barragem;

V: Volume da estrutura, usualmente considerado como a área da seção típica;

γconc: peso específico do concreto.

5.1.2. Pressões Hidrostática

Segundo a Eletrobrás (2003), as pressões hidrostáticas são funções lineares

dos níveis de água a montante e jusante da estrutura de barramento. São

representadas através de diagramas triangulares ou trapezoidais. Para a análise de

estabilidade global das estruturas, as cargas hidrostáticas devem ser consideradas

como atuando também nas áreas de aberturas, ou seja, nestas análises, as

aberturas não devem ser consideradas. Devido ao seu diagrama linear, o empuxo

hidrostático, força resultante das cargas hidrostáticas, é aplicado a 2/3 do nível

d’água. Seu valor pode ser obtido através da (EQUAÇÃO 03).

(03)

onde,

E: Empuxo Hidrostático;

Hm,j: nível d’água de montante (m) ou nível da água de jusante (j);

γágua: peso específico da água.

B: largura da seção.

5.1.3. Subpressão – Pressão Intersticiais no Concreto

A conceituação de subpressão e a importância do seu estudo numa

barragem de concreto é assunto abordado no item 4.1.3 do presente trabalho.

A determinação da subpressão nos projetos de barragens de gravidade é

usualmente feita com base em critérios internacionalmente conhecidos, como o

87

critério do U. S. Army Corps of Engineers (1995) e o critério do U. S. Bureau of

Reclamation (1976), bem como o critério da Eletrobrás (2003). A seguir são

apresentados estes critérios.

5.1.3.1. Eletrobrás (2003)

Segundo a Eletrobrás (2003), em fundações contínuas, a subpressão deverá

ser admitida como atuando sobre toda a área da base, sendo na extremidade de

montante a subpressão igual à altura hidrostática montante (Hm), a partir do nível

d’água especificado para o reservatório e na extremidade de jusante igual à altura

hidrostática de jusante (Hj) a partir do nível d’água especificado a jusante.

Conforme a Eletrobrás (2003), em caso da não existência de drenos ou de

drenos inoperantes a subpressão varia linearmente entre os valores de montante e

jusante, mostrados na (FIGURA 27).

FIGURA 27 – SUBPRESSÃO SEM LINHA DE DRENOS OU DRENOS INOPERANTES E PRESSÕES HIDROSTÁTICAS FONTE: ELETROBRÁS (2003)

Na verificação de estabilidade global nas seções de contato concreto/rocha

sempre que surgirem tensões de tração a montante deverá ser admitida abertura de

fissura na seção. O critério da Eletrobrás (2003) orienta que no contato aberto

(região onde há tensões de tração) o valor da subpressão Hm deverá ser empregado

88

integralmente, variando linearmente até o valor de Hj conforme mostra a (FIGURA

28).

FIGURA 28 – SUBPRESSÃO COM ABERTURA DE FISSURA DEVIDO AO SURGIMENTO DE TENSÕES DE TRAÇÃO E PRESSÕES HIDROSTÁTICAS FONTE: ELETROBRÁS (2003)

Para o caso em que houver uma linha de drenos operantes e que a cota

inferior da galeria de drenagem estiver igual ou abaixo do nível d’água de jusante, a

Eletrobrás (2003) estabelece que a subpressão na linha de drenos (Hdm) será igual à

altura hidrostática correspondente ao nível d’água de jusante (Hj) adicionada de um

terço da diferença entre as alturas hidrostáticas a montante (Hm) e a jusante (Hj). A

subpressão deverá variar linearmente até a extremidade da base a partir deste

ponto, conforme (EQUAÇÃO 04).

(04)

onde,

Hdm: subpressão na linha de drenagem;

Hm: altura hidrostática à montante;

Hj: altura hidrostática à jusante.

Para o caso em que houver uma linha de drenos operantes e que a cota

inferior da galeria de drenagem estiver acima do nível d’água de jusante, a

Eletrobrás (2003) estabelece que a subpressão na linha de drenos seja determinada

89

considerando-se hg ao invés de Hj, onde hg é a dimensão compreendida entre a cota

da linha de interseção dos drenos com o plano de análise e a boca dos drenos,

conforme (EQUAÇÃO 05).

(05)

onde,

Hdm: subpressão na linha de drenagem;


hg: dimensão compreendida entre a cota da linha de interseção dos drenos com o

plano de análise e a boca dos drenos.

Ainda é feita uma observação de que a distância da extremidade de

montante da estrutura até a linha de drenos para os dois casos acima não deverá

ser considerada menor do que 8% da altura hidrostática máxima de montante (a ≥

0,08 Hm, onde a é a distância da face de jusante a linha de drenagem, conforme

(FIGURA 29).

FIGURA 29 – SUBPRESSÃO COM UMA LINHA DE DRENOS OPERANTE FONTE: ELETROBRÁS (2003)

Para o caso em que houver duas linhas de drenos operantes, a Eletrobrás

define que as subpressões Hd m,j serão calculadas conforme (EQUAÇÕES 06 e 07).

(06)

90

(07)

onde,

Hdm: subpressão na linha de drenagem mais á montante;

Hdj: subpressão na linha de drenagem mais á jusante;


Hj: altura hidrostática à jusante;

hg: dimensão compreendida entre a cota da linha de interseção dos drenos com o

plano de análise e a boca dos drenos.

A (FIGURA 29) apresenta o diagrama de subpressão com uma linha de

drenos operante e a (FIGURA 30), com duas.

FIGURA 30 – SUBPRESSÃO COM DUAS LINHAS DE DRENOS OPERANTES FONTE: ELETROBRÁS (2003)

O critério da Eletrobrás (2003) ainda ressalta que para o cálculo de

subpressões em seções de concreto as considerações deverão ser as mesmas que

as estabelecidas no contato concreto-fundação, sendo admitidos valores de tensões

de tração maiores para o caso de seções de concreto.

91

5.1.3.2. U. S. Army Corps of Engineers (1995)

O U. S. Army Corps of Engineer, segundo Tamashiro (2008), estabelece

diversos casos para a consideração da subpressão em função da presença de

drenos e sua localização.

Para o caso sem drenagem, a distribuição da subpressão é feita como

mostrada a seguir, totalmente análogo ao preconizado pelo critério da Eletrobrás,

conforme apresentado na (FIGURA 31) e (EQUAÇÃO 08).

FIGURA 31 – SUBPRESSÃO SEM LINHA DE DRENAGEM – CRITÉRIO U. S. ARMY CORPS OF ENGINEERS FONTE: TAMASHIRO (2008)

(08)

onde,

HX: subpressão no ponto X;

H1: nível de água a montante;

H2: nível de água a jusante;

L: comprimento da barragem;

X: distância em relação à jusante onde se pretende determinar o valor da

subpressão;

γ: peso específico da água.

92

Para o caso com galeria de drenagem, onde a linha do dreno intercepta o

contato a uma distância do ponto da extremidade de montante da base maior que

5% da altura hidrostática à montante (0,05 x H1), a subpressão na linha de

drenagem será considerada como apresentado na (FIGURA 32) e (EQUAÇÕES 09

a 11).

FIGURA 32 – SUBPRESSÃO COM LINHA DE DRENAGEM COM X > 0,05 H1 – CRITÉRIO U. S. ARMY CORPS OF ENGINEERS FONTE: TAMASHIRO (2008)

Para X > 0,05 H1:

(09)

Para H4 > H2:

(10)

Para H4 < H2:

(11)

onde,

93



H3: subpressão na linha da galeria de drenagem;

H4: altura da galeria de drenagem em relação à base;

L: comprimento da base da barragem;

X: distância da galeria de drenagem em relação a montante;

E: eficiência da galeria de drenagem expressada em porcentagem (de 25 a 50%).

Para o caso com galeria de drenagem, onde a interseção da linha do dreno

com o contato fundação-estrutura estiver a uma distância menor ou igual a 5% da

altura hidrostática à montante (0,05 x H1) do ponto da extremidade de montante da

base, a subpressão na linha de drenagem será considerada conforme apresenta a

(FIGURA 33) e (EQUAÇÕES 12 a 14).

FIGURA 33 – SUBPRESSÃO COM LINHA DE DRENAGEM COM X ≤ 0,05 H1 – CRITÉRIO U. S. ARMY CORPS OF ENGINEERS FONTE: TAMASHIRO (2008)

Para X ≤ 0,05 H1:

(12)

94

Para H4 > H2:

(13)

Para H4 < H2:

(14)

onde,








Para o caso em que aparecem tensões de tração na região a montante da

estrutura, admite-se a abertura de fissura na mesma.

Quando a região tracionada não se estender além dos drenos, a subpressão

na linha dos drenos é obtida conforme apresentado na (FIGURA 34) e (EQUAÇÕES

15 a 17).

95

FIGURA 34 – SUBPRESSÃO COM LINHA DE DRENAGEM E ABERTURA DE FISSURA ENTRE FACE MONTANTE E LINHA DE DRENAGEM – CRITÉRIO U. S. ARMY CORPS OF ENGINEERS FONTE: TAMASHIRO (2008)

Para T ≤ X:

(15)

Para H4 > H2:

(16)

Para H4 < H2:

(17)

onde,







96


T: comprimento da região descolada da base.

Para o caso em que a região tracionada se estender além da linha de

drenagem, a subpressão será considera plena em toda a região tracionada e variará

linearmente até o mais à jusante, conforme (FIGURA 35) e (EQUAÇÃO 18).

FIGURA 35 – SUBPRESSÃO COM LINHA DE DRENAGEM E ABERTURA DE FISSURA ALÉM DA LINHA DE DRENAGEM – CRITÉRIO U. S. ARMY CORPS OF ENGINEERS FONTE: TAMASHIRO (2008)

Para T > X:

(18)

5.1.3.3. U. S. Bureau of Reclamation (1976)

Segundo o U. S. Bureau of Reclamation (1976), estudado por Tamashiro

(2008), o diagrama de subpressão é formado por trechos retilíneos que interligam

pontos com valores de subpressão definidos a partir do pé de montante e jusante.

97

Com a existência de galeria de drenagem, a redução da subpressão na linha dos

drenos corresponde a 2/3 (eficiência de 66,67%) da diferença dos níveis de água de

montante e de jusante (FIGURA 36). Esta redução é baseada nos dados de obras

construídas pelo órgão e apresentada na (EQUAÇÃO 19).

FIGURA 36 – SUBPRESSÃO COM LINHA DE DRENAGEM – CRITÉRIO U. S. BUREAU OF RECLAMATION FONTE: TAMASHIRO (2008)

(19)

onde,



Hj: altura hidrostática à jusante.

Quando do aparecimento de tensões de tração a montante da seção, a

consideração feita por este critério é a mesma feita pelo critério do U. S. Army Corps

of Engineers (1995), admitindo-se a abertura de fissura na região, conforme

(FIGURA 37) e (EQUAÇÃO 20).

98

FIGURA 37 – SUBPRESSÃO COM LINHA DE DRENAGEM E ABERTURA DE FISSURA – CRITÉRIO U. S. BUREAU OF RECLAMATION FONTE: TAMASHIRO (2008)

(20)

onde,



Hj: altura hidrostática à jusante;


T: comprimento da região descolada da base.

5.1.4. Empuxo Devido a Presença de Material Assoreado

Segundo a Eletrobrás (2003), caso haja possibilidade de deposição de

sedimentos junto ao pé da face de montante da barragem, deverá ser considerado

um empuxo resultante, calculado através da formulação de Rankine, que despreza a

coesão, como apresentado na (EQUAÇÃO 21) e (FIGURA 38).

99

(21)

onde,

Ps: força horizontal de assoreamento em kN/m;

γ: peso específico do sedimento;

γágua: peso específico da água;

γsub: γ - γágua;

hs: altura de cálculo;

φ: Ângulo de atrito interno.

FIGURA 38 – FORÇA DE EMPUXO DEVIDO A SEDIMENTOS NO PÉ DE MONTANTE DA BARRAGEM FONTE: ELETROBRÁS (2003)

5.1.5. Ações Sísmicas

Segundo Gutstein (2011), para a análise a estabilidade global de estruturas

submetidas ao sismo, é usual o emprego de métodos simplificados como a análise

pseudo-estática. Nesse tipo de análise se estabelecem os esforços estáticos

capazes de simular os efeitos causados pelos movimentos sísmicos, que são os

esforços hidrodinâmicos, os empuxos de terra com os efeitos do sismo quando

houver e esforços inerciais, determinados a partir do peso próprio da estrutura.

Adota-se uma aceleração sísmica característica multiplicadora da aceleração da

gravidade (g), incorporando à estrutura ações características devido ao terremoto.

Segundo Gutstein, a análise quanto ao sismo, na prática, é feita da mesma forma

que a adotada para a análise quanto ao sismo induzido pela ação do reservatório,

considerando-se as acelerações definidas nos sismos de projeto.

100

Conforme Gutstein (2011), o efeito sísmico considerado no projeto de

barragens brasileiras corresponde ao sismo induzido pela acomodação do

reservatório. Segundo Eletrobrás (2003), para estruturas de concreto assente sobre

fundações em rocha, deverão ser considerados nos cálculos de estabilidade, os

esforços inerciais mínimos de 5% da aceleração da gravidade na direção horizontal

e 3% da aceleração da gravidade na direção vertical, aplicados no centro de

gravidade da respectiva estrutura, sendo “g” o valor da aceleração da gravidade em

m/s² (FIGURA 39).

FIGURA 39 – FORÇAS SÍSMICAS NA BARRAGEM FONTE: ELETROBRÁS (2003)

FIGURA 40 – PRESSÕES HIDRODINÂMICAS DEVIDO A AÇÕES SÍSMICAS FONTE: ELETROBRÁS (2003)

Segundo Gutstein (2011), o sentido das forças aplicadas ao centro de

gravidade da estrutura pode variar conforme as ações atuantes e condições de

101

carregamento para estruturas de gravidade de concreto. Gutstein (2011) ainda

ressalta que demais ações devidas a peso próprio sob o plano de análise, também

devem ser consideradas, aplicando-se os respectivos esforços inerciais no seu

centro de gravidade. É o caso de um eventual peso de água a jusante, que deve ser

calculado e aplicado Fy e Fh no centro de gravidade da figura geométrica que

representa a água na região, e assim por diante, considerando a aceleração do

projeto em análise.

Para a análise da pressão de água gerada pelo fluído, outros estudos

também podem ser feitos baseados em critérios internacionais. Entre os critérios

internacionais mais conhecidos estão as formulações de Zanger (1953) apud Davis

e Sorensen (1969) e U. S. Bureau of Reclamation (1987) e a de Westergaard citada

em U. S. Army Corps of Engineers (1995).

5.2. CONDIÇÕES DE CARREGAMENTO

O manual para Projeto de Usinas Hidrelétricas da Eletrobrás (2003) indica

quatro condições de carregamentos para a verificação da estabilidade global das

estruturas de concreto e cálculos das tensões:

Condição de Carregamento Normal (CCN): Corresponde a todas as

combinações de ações que apresentem grande probabilidade de ocorrência

ao longo da vida útil da estrutura, durante a operação normal ou manutenção

de rotina da obra, em condições hidrológicas normais (ELETROBRÁS, 2003).

Condição de Carregamento Excepcional (CCE): Corresponde a uma situação

de combinação de ações com baixa probabilidade de ocorrência ao longo da

vida útil da estrutura. Em geral, estas combinações consideram a ocorrência

de somente uma ação excepcional, tais como, condições hidrológicas

excepcionais, defeitos no sistema de drenagem, manobras de caráter

excepcional, efeitos sísmicos, etc. com as demais ações correspondentes a

condição de carregamento normal (ELETROBRÁS, 2003).

Condição de Carregamento Limite (CCL): Corresponde a uma situação de

combinação de ações com muito baixa probabilidade de ocorrência ao longo

102

da vida útil da estrutura. Em geral, estas combinações consideram a

ocorrência de mais de uma ação excepcional, tais como, condições

hidrológicas excepcionais, defeitos no sistema de drenagem, manobras de

caráter excepcional, efeitos sísmicos, etc. com as demais ações

correspondentes a condição de carregamento normal (ELETROBRÁS, 2003).

Condição de Carregamento de Construção (CCC): Corresponde a todas as

combinações de ações que apresentem probabilidade de ocorrência durante

a execução da obra. Podem ser devidas a carregamentos de equipamentos

de construção, a estruturas executadas apenas parcialmente, carregamentos

anormais durante o transporte de equipamentos permanentes, e quaisquer

outras condições semelhantes, e ocorrem durante períodos curtos em relação

à sua vida útil (ELETROBRÁS, 2003).

Segundo Gutstein (2011), para casos de carregamentos de barragens

localizadas em regiões sísmicas são abordados critérios internacionais como os

critérios de U. S. Army Corps of Engineers (1995) e de U. S. Bureau of Reclamation

(1976).

O critério de U. S. Army Corps of Engineers (1995) inclui nas condições

básicas de carregamento aquelas que consideram os efeitos sísmicos que

dependem da magnitude do terremoto e o momento no qual o mesmo é aplicado na

estrutura (GUTSTEIN, 2011), apresentados nas (FIGURAS 41 a 43).

As condições de carregamentos para verificação quanto aos sismos

segundo o U. S. Army Corps of Engineers (USACE) são:

Condição limite (Extreme loading condition – N° 4 do USACE) – caso de

construção com a consideração do sismo básico de operação (operation basic

earthquake - OBE); (GUTSTEIN, 2011).

103

FIGURA 41 – CASO DE CARREGAMENTO Nº 4 – CONDIÇÃO LIMITE - U. S. ARMY CORPS OF ENGINEERS FONTE: U. S. ARMY CORPS OF ENGINEERS (1995)

Condição excepcional (Unusual loading condition – N° 5 do USACE) – níveis

de água normal de operação com o sismo básico de operação (OBE);

(GUTSTEIN, 2011).

FIGURA 42 – CASO DE CARREGAMENTO Nº 5 – CONDIÇÃO EXCEPCIONAL - U. S. ARMY CORPS OF ENGINEERS FONTE: U. S. ARMY CORPS OF ENGINEERS (1995)

Condição limite (Extreme loading condition – N° 6 do USACE) - níveis de

água normal de operação com o sismo máximo possível (maximum credible

earthquake - MCE). (GUTSTEIN, 2011).

104

FIGURA 43 – CASO DE CARREGAMENTO Nº 6 – CONDIÇÃO LIMITE - U. S. ARMY CORPS OF ENGINEERS (1995) FONTE: U. S. ARMY CORPS OF ENGINEERS (1995)

As demais condições de carregamentos apresentadas no critério de U. S.

Army Corps of Engineers (1995) são condições que se equivalem com as

apresentadas pela Eletrobrás (2003).

Os casos de carregamentos adotados por U. S. Bureau of Reclamation

(1976) são:

Caso Normal (Usual): analisam-se as condições equivalentes ao Caso de

Carregamento Normal (CCN) exposto anteriormente com os efeitos do sismo

máximo possível (maximum credible earthquake – MCE);

Caso Excepcional (Unusual): analisam-se os níveis d’água máximo

maximorum de projeto e demais ações conjuntas com os efeitos do sismo

máximo possível (maximum credible earthquake – MCE);

Caso Limite (Extreme): analisam-se a combinação de uma cheia normal de

projeto e demais ações correspondentes com os efeitos do sismo máximo

possível (maximum credible earthquake – MCE).

No manual de pequenas barragens – U. S. Bureau of Reclamation (1987) é

feito um detalhamento maior para critérios de projeto quando a consideração de

terremotos, onde três níveis de carregamentos devem ser considerados: sismo

105

básico de operação (OBE - operating basis earthquake), sismo básico de projeto

(DBE – design basis earthquake) e sismo máximo possível (MCE – maximum

credible earthquake). Segundo Gutstein (2011), no sismo básico de operação a

estrutura suporta o evento e permanece operando; no sismo básico de projeto a

estrutura suporta o terremoto com danos que sejam reparáveis, exceto para aquelas

estruturas, sistemas e componentes que são importantes para a segurança, que

devem permanecer operáveis. As estruturas que são vitais para garantir a retenção

ou liberação do reservatório devem ser dimensionadas para o carregamento devido

ao sismo máximo possível (MCE). Neste caso as estruturas devem funcionar sem

permitir uma liberação repentina e descontrolada do reservatório ou prever um

esvaziamento controlado do reservatório.

Segundo Gutstein (2011), para os terremotos indicados no U. S. Bureau of

Reclamation (1987), o sismo básico de operação tem uma expectativa de ocorrer

uma vez a cada 25 anos durante a operação da usina, o sismo básico de projeto

uma vez em 200 anos e para o sismo máximo possível não há uma preocupação

com a probabilidade de ocorrência e somente com relação a sua possibilidade de

ocorrer devido às análises geológicas e sismológicas.

Gutstein (2011) sugere no seu estudo que também sejam avaliados casos

de carregamentos considerando drenos inoperantes e outras combinações que se

julguem necessárias para cada caso particular.

5.3. VERIFICAÇÕES DE ESTABILIDADE GLOBAL

As verificações de estabilidade global das estruturas de concreto, bem como

da barragem, são abordadas no capítulo 7 da publicação “Critérios de Projeto Civil

de Usinas Hidrelétricas – Eletrobrás”, de Outubro de 2003. Conforme consta nesta

publicação, para tais verificações admitimos a estrutura como um corpo rígido. As

verificações são feitas no sentido de avaliar a movimentação deste corpo rígido.

As hipóteses adotadas como diretrizes básicas segundo o manual da

Eletrobrás (2003) são:

Deve-se considerar as tensões naturais de confinamento pré-existente e as

pressões de água do subsolo quando tratar-se de análise de estabilidade

envolvendo massas de rocha (ELETROBRÁS, 2003);

106

Deve-se considerar os resultados de investigações geológicas e

geomecânicas (ELETROBRÁS, 2003);

Deve-se considerar as conformações topográficas do local, principalmente na

região das ombreiras (ELETROBRÁS, 2003);

Deve-se considerar os efeitos de subpressão, conforme critérios já

estabelecidos anteriormente, sob e no corpo das estruturas e em massas de

rocha (ELETROBRÁS, 2003);

Deve-se considerar, caso represente a condição mais severa, o carregamento

devido a pressão intersticial (ELETROBRÁS, 2003);

As cargas acidentais de projeto (exceto cargas de equipamento

permanentemente fixo) devem ser completamente desprezadas em análise

de estabilidade, sempre que as forças verticais atuarem como fatores de

estabilidade (ELETROBRÁS, 2003).

Para tais verificações, são adotados tanto critérios dessa publicação como

critérios internacionais.

A seguir são apresentadas as diretrizes básicas para as verificações de

estabilidade global da estrutura segundo critérios da Eletrobrás (2003), U. S. Army

Corps of Engineers (1995) e U. S. Bureau of Reclamation (1976).

5.3.1. Segurança à Flutuação

O manual da Eletrobrás de 2003 define um “Fator de Segurança a

Flutuação”, que é a relação entre o somatório das forças gravitacionais e o

somatório das forças de subpressão, dado pela (EQUAÇÃO 22).

(22)

onde,

FSF: Fator de segurança à flutuação;

∑V: Somatório das forças gravitacionais;

∑U: Somatório das forças de subpressão.

107

O critério da Eletrobrás ainda estabelece que deverão serem desprezadas

quaisquer contribuições favoráveis devidas à coesão e ao atrito entre blocos ou

entre a estrutura e a fundação. As forças verticais deverão incluir as cargas

permanentes mínimas das estruturas, o peso próprio de equipamentos

permanentes, se instalados, e de lastros (água ou aterro) e sistemas de ancoragem,

se utilizados durante determinados estágios da construção. Todas as cargas

acidentais deverão ser ignoradas nas verificações de estabilidade.

Os critérios do U. S. Army Corps of Engineers (1995) estabelece um fator de

segurança à flutuação (calculado do mesmo modo que o estabelecido pelos critérios

da Eletrobrás. Já na publicação do U. S. Bureau of Reclamation (1976), não é

considerada nenhuma verificação quanto à flutuação.

Os fatores de segurança mínimos para os casos de carregamentos

apresentados nos critérios da Eletrobrás (2003) e do U. S. Army Corps of Engineers

(1995) são mostrados na (QUADRO 7).

Eletrobrás

Coeficiente de Segurança

Casos de Carregamento

Normal Excepcional Limite Construção

FSF 1,3 1,1 1,1 1,2

U. S. Army Corps of Engineers



Usual Não Usual Extremo

FSF 1,3 1,2 1,1

QUADRO 7 – FATORES DE SEGURANÇA MÍNIMOS PARA A ANÁLISE DE ESTABILIDADE À FLUTUAÇÃO FONTE: OS AUTORES

5.3.2. Segurança ao Tombamento

A segurança ao tombamento é calculada segundo a Eletrobrás (2003)

considerando o “Fator de Segurança ao Tombamento”. O “Fator de Segurança ao

Tombamento” é a relação entre o momento estabilizante (devido ao peso próprio da

estrutura, as cargas permanentes mínimas e o peso próprio dos equipamentos

108

permanentes, se instalados) e o momento de tombamento (devido a atuação de

cargas desestabilizantes, tais como, pressão hidrostática, subpressão, empuxos de

terra, etc.) em relação a um ponto ou uma linha efetiva de rotação, calculado pela

(EQUAÇÃO 23).

(23)

onde,

FST: Fator de segurança ao tombamento.

∑Me: Somatório dos momentos estabilizantes atuantes sobre a estrutura.

(ELETROBRÁS, 2003);

∑Mt: Somatório dos momentos de tombamento. Deverão ser desprezados os efeitos

estabilizantes de coesão e de atrito despertados nas superfícies em contato com a

fundação. (ELETROBRÁS, 2003).

Segundo Marques Filho (2005), em estruturas usuais de barragens,

considera-se como ponto natural de rotação o seu pé de jusante. Marques Filho

(2005) ainda ressalta que a situação é fictícia, pois antes de qualquer movimento as

tensões induzidas levariam a ruptura do material.

O U. S. Army Corps of Engineers (1995) propõe um critério de avaliação que

pode ser utilizado complementarmente ao critério da Eletrobrás (2003). A

estabilidade ao tombamento para este critério é assegurada conforme o

posicionamento da força resultante na base (eb) no plano potencial de ruptura, para

cada caso de carregamento, por meio da (EQUAÇÃO 24).

(24)

onde,

eb: distância da força resultante na base até o ponto de tombamento T;

∑Mt: somatório de momentos fletores das forças normais atuantes em relação ao

ponto de tombamento T;

∑Ni: somatório de forças normais efetivas ao plano X e Y.

Os (QUADROS 8 E 9) mostram respectivamente os valores mínimos para o

critério da Eletrobrás (2003) e a posição da resultante na base que assegura a

estabilidades pelo critério do U. S. Army Corps of Engineers (1995).

109

Eletrobrás




FST 1,5 1,2 1,1 1,3

QUADRO 8 – FATORES DE SEGURANÇA MÍNIMOS PARA A ANÁLISE DE ESTABILIDADE AO TOMBAMENTO - ELETROBRÁS FONTE: OS AUTORES

QUADRO 9 – LOCALIZAÇÃO DA FORÇA RESULTANTE NA BASE – U. S. ARMY CORPS OF ENGINEERS FONTE: OS AUTORES

5.3.3. Segurança ao Deslizamento

Conforme Proença (2004), para a verificação da estabilidade das estruturas

ao deslizamento (escorregamento), selecionam-se superfícies de ruptura possíveis,

incluindo os planos de menor resistência ou submetidos à tensões críticas na

estrutura, na fundação e no contato estrutura-fundação, sobre as quais a estrutura

possa sofrer movimento de deslizamento como corpo rígido, conforme (FIGURAS 44

a 46).

deslizamento na estrutura:

FIGURA 44 – DESLIZAMENTO NA ESTRUTURA FONTE: OS AUTORES


Localização da força resultante na base

Usual 1/3 médio

Não Usual 1/2 médio

Extremo Na base

110

deslizamento no contato estrutura/fundação:

FIGURA 45 – DESLIZAMENTO NO CONTATO ESTRUTURA-FUNDAÇÃO FONTE: OS AUTORES

deslizamento na fundação:

FIGURA 46 – DESLIZAMENTO NA FUNDAÇÃO FONTE: OS AUTORES

A análise de segurança ao deslizamento adotada pelo Manual da Eletrobrás

(2003) é uma verificação entre as tensões cisalhantes resistentes e tensões

cisalhantes atuantes no plano potencial de ruptura. Segundo Gutstein (2011), as

tensões cisalhantes atuantes são determinadas a partir das forças gravitacionais,

subpressões e de empuxos atuantes e as tensões cisalhantes resistentes são

determinadas a partir do critério de ruptura de Mohr-Coulomb que é um modelo

matemático que descreve, de forma simplificada, a resposta às solicitações de

111

materiais de ruptura frágil como o concreto, solos e rochas, que possuem uma

resistência à compressão muito superior à sua resistência à tração.

Segundo Proença (2004), uma representação que serve para compreender

melhor as combinações de solicitações que levam à ruptura local de certo material

resulta da construção, num sistema de eixos (σ, τ), dos círculos de Mohr máximos

de tensões principais. Os círculos correspondem a diversas situações de

solicitações limites, realizadas em laboratório, variando desde a tração e a

compressão simples até os estados duplos e triplos.

Tomando-se uma linearização por partes da envoltória, nota-se que a

resposta do material muda de acordo com o regime e a intensidade das tensões

(FIGURA 47). Nessas mudanças, algumas características distintas típicas dos

materiais dúcteis e frágeis podem ser identificadas, e a partir dessa análise resultam

sugestões mais simples de resistência. (PROENÇA, 2004).

Na envoltória linearizada, distinguem-se três trechos:

no trecho I a ruptura é governada pela resistência à tração pura. Um critério

baseado somente nesta condição poderia ser aplicado a materiais frágeis não

resistentes à tração (PROENÇA, 2004);

no trecho II a ruptura é governada pela combinação, linear, das tensões de

cisalhamento e normal, o que se observa em materiais granulares como o

concreto, por exemplo (PROENÇA, 2004);

no trecho III observa-se que não há influência de estados hidrostáticos sobre

a ruptura, sendo a mesma governada pelo cisalhamento máximo, ou a semi-

diferença entre as tensões principais. Um critério com essas características

aplica-se aos materiais dúcteis (PROENÇA, 2004).

112

FIGURA 47 – ENVOLTÓRIA LINEARIZADA DOS CÍRCULOS DE MOHR FONTE: OS AUTORES

Conforme Gustein (2011), a teoria de Mohr-Coulomb une a teoria de ruptura

Coulomb com a do círculo de Mohr e permite determinar uma envoltória de

resistências para um material. Essa envoltória é baseada nos parâmetros de atrito e

de coesão para diferentes níveis de pares de tensão normal (σ) e cisalhante (τ) de

ruptura (FIGURA 47).

O critério de Mohr-Coulomb deriva da adoção do trecho II da envoltória de

Mohr linearizada (FIGURA 47) como limitante de estados de tensão admissíveis.

Portanto, a combinação das tensões normal e de cisalhamento é a responsável pela

ruptura (PROENÇA, 2004).

113

FIGURA 48 – ENVOLTÓRIA DE RESISTÊNCIA FONTE: ROCHA (1981, CITADO POR GUTSTEIN, 2011)

Na (FIGURA 48) é mostrado como se obtém os parâmetros de coesão e de atrito para um dado nível de tensões normais (de σ1 a σ2) que seja de interesse para o material em análise, considerando-se que a curva τ x σ corresponde a envoltória de resistências para um dado material. Essa envoltória é obtida a partir de ensaios de laboratório e/ou de campo, obtendo-se tensões cisalhantes de ruptura para diferentes níveis de tensões normais. A equação de Coulomb é obtida a partir da envoltória de ruptura de τ x σ, para a reta pontilhada da (FIGURA 44), em função do atrito (φ) e da coesão (c). (GUTSTEIN, 2011, p. 89).

Deve-se notar que a (FIGURA 48) apresenta os esforços de compressão

com valores positivos.

A equação de Coulomb pode ser escrita conforme (EQUAÇÃO 25).

(25)

onde,

τ: Tensão cisalhante;

c: Coesão;

σ: Tensão normal;

φ: Ângulo de atrito interno.

114

Conforme a Eletrobrás (2003), as análises dos fatores de segurança contra o

deslizamento deverão incluir a coesão na resistência ao cisalhamento dos materiais

rochosos, ou no contato concreto-rocha, a menos que as investigações ou

condições existentes no campo indiquem o contrário. Devem-se utilizar como valores

básicos, os parâmetros geomecânicos extraídos dos resultados de investigações e

ensaios preliminares podendo se adotar nas fases iniciais de projeto, como valores

de coesão e do ângulo de atrito para o maciço de fundação e seus planos de

descontinuidade, aqueles já adotados em outras obras com materiais similares.

Em trechos interceptados por uma superfície de deslizamento onde os

parâmetros geomecânicos (atrito e coesão) são diferentes, a segurança ao

deslizamento da estrutura deve ser calculada para cada trecho, admitindo-se que há

ruptura de cisalhamento nos trechos onde o coeficiente de segurança necessário

não é alcançado. Segundo a Eletrobrás (2003), nesse caso deve-se recalcular o

trecho admitindo-se que o mesmo não tenha resistência de coesão (c = 0), e que

seu ângulo de atrito seja o correspondente à condição residual (pós-ruptura). O

excesso de tensão de cisalhamento não absorvido pelo trecho deve ser transferido

às partes remanescentes da superfície de deslizamento, recalculando-se a

segurança ao deslizamento para cada trecho sucessivamente até que os critérios

sejam satisfeitos ou se verifique a necessidade de se introduzir modificações no

conjunto estrutura-fundação. O manual da Eletrobrás (2003) ainda indica que deverá

ser sempre verificada a compatibilidade de deformações entre os diferentes

materiais, conforme o nível de solicitação atingido.

O manual da Eletrobrás (2003) considera para o cálculo do Fator de

Segurança ao Deslizamento duas fórmulas. A primeira (EQUAÇÃO 26) deverá ser

satisfeita em caso de fundação em material com coesão, e a segunda (EQUAÇÃO

27) deverá ser satisfeita em casos com fundação em material sem coesão.

(26)

(27)

onde,

FSD: Fator de segurança ao deslizamento;

FSDφ: Fator de redução da resistência ao atrito;

115

FSDc: Fator de redução da resistência à coesão;

∑Ni: Somatório das forças normais à superfície de deslizamento, em análise;

φ i: Ângulo de atrito característico da superfície de deslizamento, em análise;

ci: Coesão característica ao longo da superfície de deslizamento;

Ai: Área efetiva comprimida da estrutura no plano em análise;

∑Ti: Somatório das forças paralelas à superfície de deslizamento.

Os valores característicos serão definidos para cada caso particular e de

forma adequada para cada estrutura sob análise. O (QUADRO 10) apresenta os

valores de FSDφ e FSDc. Nos casos em que o conhecimento dos parâmetros de

resistência dos materiais é precário ou de parâmetros muito variáveis, o critério

Eletrobrás (2003) recomenda adotar os valores entre parênteses.

Eletrobrás




FSDc 3,0 (4,0) 1,5 (2,0) 1,3 (2,0) 2,0 (2,5)

FSDφ 1,5 (2,0) 1,1 (1,3) 1,1 (1,3) 1,3 (1,5)

QUADRO 10 – FATORES DE REDUÇÃO PARA A ANÁLISE DE ESTABILIDADE AO ESCORREGAMENTO - ELETROBRÁS FONTE: OS AUTORES

Os critérios de U. S. Army Corps of Engineers (1995), assim como os da

Eletrobrás (2003), são baseados no critério de Mohr-Coulomb, onde a metodologia

de análise ao deslizamento é feita pelo método de equilíbrio limite.

Segundo Chen (1975, citado por Gutstein, 2011) o sucesso do emprego do

método de equilíbrio limite esta relacionado à escolha da superfície de ruptura como

sendo a crítica. Se essa superfície não for a crítica, então o fator de segurança não é

o mínimo possível para a estrutura em análise e não é a solução por equilíbrio limite.

A solução por equilíbrio limite é encontrada quando a superfície potencial de ruptura

crítica foi encontrada e assim o menor fator de segurança ao deslizamento foi obtido.

Segundo Jansen (1988, citado por Gutstein, 2011), o método do equilíbrio limite

passou a ser adotado pelo U. S. Army Corps of Engineers a partir de 1981. Em

termos de tensões este método permite o cálculo do Coeficiente de Segurança ao

Deslizamento (FS) pela (EQUAÇÃO 28).

116

(28)

onde:

τ, τr: Tensão de cisalhamento atuante e resistente, respectivamente, na superfície de

escorregamento;

(σz – U): Tensão normal (vertical para planos horizontais) efetiva atuante na

superfície de escorregamento (de compressão apenas);

φ: Ângulo de atrito da superfície de escorregamento em análise;

c: Coesão ao longo da superfície de escorregamento.

Jansen (1988, citado por Gutstein, 2011) apresenta também comparações

entre os métodos de equilíbrio limite e o método de shear-friction (U. S. Bureau of

Reclamation, 1976) para planos inclinados, bem como para planos múltiplos de

ruptura.

Segundo Gutstein (2011), para o caso de fundação rígida e superfície de

escorregamento horizontal, o uso da (EQUAÇÃO 28) seria equivalente ao da

(EQUAÇÃO 26), usando-se um coeficiente global FS. Neste caso a solução

calculada pela (EQUAÇÃO 28) corresponde a uma solução de equilíbrio limite

sempre que a superfície potencial de ruptura adotada for a crítica para o caso em

análise. Entretanto, mesmo para superfície horizontal as (EQUAÇÕES 26 e 28)

fornecem resultados diferentes para casos de maciços deformáveis, quando o

cálculo das tensões considerar a deformabilidade da fundação. A deformabilidade da

fundação pode ser considerada por meio de modelagem computacional pelo Método

dos Elementos Finitos, assunto que não será abordado no presente trabalho.

O (QUADRO 11) apresenta os valores mínimos para FS segundo o critério

do U. S. Army Corps of Engineers (1995).

U. S. Army Corps of Engineers



Usual Não Usual Extremo

FS 2,0 1,7 1,3

QUADRO 11 – FATORES DE SEGURANÇA MÍNIMOS PARA A ANÁLISE DE ESTABILIDADE AO ESCORREGAMENTO - U. S. ARMY CORPS OF ENGINEERS FONTE: OS AUTORES

117

O U. S. Bureau of Reclamation (1976) define um critério de verificação ao

deslizamento um pouco diferente do abordado pelo U. S. Army Corps of Engineers

(1995), mas que equivale a adotar a (EQUAÇÃO 26), que deve ser atendida, onde

FSD passa a ser um coeficiente de segurança global, ou seja, sem a redução parcial

da resistência ao atrito e coesão (FSDφ=FSDc=1). Assim o Fator de Segurança ao

Deslizamento (shear friction safety factor - SFF) passa a ser igual a FSD na

expressão, para estas condições. Este critério define os fatores de segurança

globais (SFF) mínimos para superfícies de ruptura no contato concreto-rocha

diferentes de superfícies de ruptura na fundação, conforme apresentados no

(QUADRO 12).

U. S. Bureau of Reclamation



Normal Excepcional Limite

SFF (contato concreto-rocha)

3,0 2,0 1,0

SFF (fundação) 4,0 2,7 1,3

QUADRO 12 – FATORES DE SEGURANÇA MÍNIMOS PARA A ANÁLISE DE ESTABILIDADE AO ESCORREGAMENTO - U. S. BUREAU OF RECLAMATION FONTE: OS AUTORES

5.3.4. Avaliação das tensões

Em barragens baixas ou de média altura, sobre maciços rígidos, as tensões

normais verticais podem ser calculadas pelo método de gravidade (JANSEN,1988 e

GRISHIN,1982 citado por GUSTEIN 2011).

Segundo Tamashiro (2008), o método de gravidade adota a teoria clássica

de flexão composta da Resistência dos Materiais, admitindo uma distribuição linear

de tensões normais na seção transversal da barragem considerando-a um corpo

rígido monolítico.

Deste modo, as tensões máximas na base ou ao longo de juntas de

concretagem do concreto da barragem são obtidas junto às faces:

(29)

onde:

118

N: Soma das forças verticais normais à base da fundação;

A: Área da seção na base da fundação,

W: Módulo de rigidez; W=I/y, sendo I o momento de inércia e y a distância em

relação ao ponto onde se deseja calcular as tensões. Para seção simétrica

retangular, onde y = b/2 e I = bl3/12 → W=l b2/6;

M: Momento fletor das forças atuantes em relação ao centróide da área;

b: Dimensão da seção na base no sentido transversal;

l: Dimensão da seção da base no sentido longitudinal, usualmente igual a 1m.

Os valores máximos de tensões nas juntas da barragem devem ser comparados com as tensões admissíveis do concreto à tração e à compressão, assim como nos planos de contato concreto-rocha ou de descontinuidades na fundação, comparando-se às resistências dos respectivos materiais. Quando no projeto for encontrada tração no concreto, deve-se desprezar o trecho tracionado na verificação da estabilidade da barragem. Também deve ser verificada a tensão admissível à compressão no maciço de fundação, sendo admitida tração apenas para caso de carregamento excepcional, de maneira a se evitar a abertura de fraturas e aumento de percolação de água. (GUTSTEIN, 2011, p. 96).

As tensões obtidas devem atender aos limites de tensões admissíveis. No

contato concreto-rocha as tensões admissíveis do concreto podem ser consideradas

como as pré-estabelecidas nos critérios Eletrobrás (2003).

As tensões admissíveis na rocha de fundação devem ser avaliadas junto ao

modelo geomecânico da fundação. (GUTSTEIN, 2011).

O critério de U. S. Bureau of Reclamation (1976) apresenta os fatores de

segurança (FSσ), definido como a relação entre as tensões admissíveis e atuantes a

serem adotados para verificação das tensões. O (QUADRO 13) apresenta os fatores

mínimos de segurança.

U. S. Bureau of Reclamation



Normal Excepcional Limite

FSσ 3,0 2,0 1,0

QUADRO 13 – FATORES DE SEGURANÇA MÍNIMOS PARA A ANÁLISE DE TENSÕES - U. S. BUREAU OF RECLAMATION FONTE: OS AUTORES

Segundo o critério do U. S. Bureau of Reclamation (1976), para condições

de carregamento normal não são admitidas tensões de tração, para casos de

carregamento excepcional e limite, em que as tensões de tração obtidas são

maiores do que as tensões mínimas admissíveis na face da barragem, deve se

119

admitir abertura de fissura. Se após a abertura da fissura as tensões na estrutura

não excederem as resistências especificadas e a estabilidade for mantida, a

estrutura é considerada estável.

U. S. Bureau of Reclamation (1976, estudado por Gutstein, 2011) apresenta

a formulação para a consideração da propagação da fratura de forma analítica, a

partir do cálculo do comprimento da fratura e do trecho comprimido de aplicação da

subpressão, obtendo-se diagramas de tensões normais lineares e de tensões

cisalhantes com variação parabólica.

As tensões no plano potencial de ruptura em análise podem também ser

verificadas complementarmente pelo critério proposto por U. S. Army Corps of

Engineers (1995), que leva em consideração a posição da resultante na base (eb) no

plano potencial de ruptura, para cada caso de carregamento, por meio da expressão

já apresentada no item “Segurança ao Tombamento”:

(30)

onde,

eb: distância da força resultante na base até o ponto de tombamento T;

∑Mt: somatório de momentos fletores das forças normais atuantes em relação ao

ponto de tombamento T;

∑Ni: somatório de forças normais efetivas ao plano.

Conforme Gutstein (2011), o percentual de base comprimida pode ser

calculado a partir do comprimento eb. Quando a base não se apresenta totalmente

comprimida, mas atende aos critérios citados, recalcula-se a tensão máxima de

compressão a jusante admitindo o diagrama de tensões como sendo triangular, de

comprimento igual a 3 x eb.

Em U. S. Army Corps of Engineers (1995) indica-se a determinação da base

fraturada a partir da determinação de eb e a verificação do percentual de base

comprimida calculada conforme indicado nas (FIGURAS 49 a 51).

120

FIGURA 49 – 100% DA BASE COMPRIMIDA - RESULTANTE DENTRO DO NÚCLEO CENTRAL DE INÉRCIA FONTE: U. S. ARMY CORPS OF ENGINEERS (1995)

FIGURA 50 – 100% DA BASE COMPRIMIDA - RESULTANTE NA POSIÇÃO MAIS AFASTADA DO NÚCLEO CENTRAL DE INÉRCIA FONTE: U. S. ARMY CORPS OF ENGINEERS (1995)

FIGURA 51 – BASE NÃO TOTALMENTE COMPRIMIDA - RESULTANTE FORA DO NÚCLEO CENTRAL DE INÉRCIA FONTE: U. S. ARMY CORPS OF ENGINEERS (1995)

121

onde,

P': tensão na base da fundação;

L: largura da base;

e: excentricidade da resultante R na base;

R: resultante de todas as forças atuantes acima do plano de analise.

O U. S. Army Corps of Engineers (1995) especifica que as tensões

admissíveis do concreto e da fundação não devem ser ultrapassadas. Estabelece

que para condição de carregamento normal, a resultante das forças verticais deve

estar no núcleo central de inércia da seção (100% da base comprimida), admitindo

tração (resultante fora do núcleo central de inércia da base) para as condições

excepcional e limite. Esta verificação substitui a verificação ao tombamento citada

anteriormente, assim como as verificações de tensões definidas pelo U. S. Bureau of

Reclamation. O U. S. Army Corps of Engineers acrescenta ainda que as tensões em

barragens de gravidade são analisadas tanto por métodos aproximados quanto pelo

Método dos Elementos Finitos, conforme o refinamento do projeto e a configuração

da barragem. O Método dos Elementos Finitos, de acordo com U. S. Army Corps of

Engineers (1995) é utilizado em modelos de análises estáticas lineares, em análises

dinâmicas e em análises não-lineares considerando-se a interação entre a barragem

e a fundação, ressaltando que a vantagem importante deste método consiste na

possibilidade real de modelar fundações complicadas, envolvendo vários materiais,

juntas e fraturas.

O método de gravidade é questionável perto da base da barragem, onde concentrações de tensões aumentam nos cantos reentrantes formados pelas faces da barragem e a superfície da fundação. Em barragens altas, estas concentrações de tensões são significativas, mas são frequentemente reduzidas pelo escoamento plástico. Estas tensões nos cantos, ao redor de aberturas e em zonas de tração, podem ser aproximadas com um modelo pelo Método dos Elementos Finitos, segundo Jansen. Aborda também que para grandes barragens de gravidade e de contraforte, o projeto final deve ser estudado por uma análise de tensões mais abrangente pelo Método dos Elementos Finitos. JANSEN (1988, citado por GUTSTEIN, 2011, p.100).

O Método dos Elementos Finitos não será tema de discussão do presente

trabalho.

122

6. ANÁLISE DE SENSIBILIDADE

Os critérios e princípios conceituais apresentados foram disseminados nos

projetos de barragem de concreto no Brasil. Nas últimas décadas, as barragens de

concreto voltaram a ser competitivas pelo advento de técnica construtiva do

Concreto Compactado com Rolo.

Para efeito de sedimentação de conceitos, será realizada uma análise de

sensibilidade de estabilidade de seções de CCR.

Para efeito de análise de sensibilidade de alguns parâmetros no projeto de

uma barragem de CCR, adotou-se uma seção típica padrão.

Estudaram-se os parâmetros altura, declividade do talude de jusante e

ângulo de atrito interno do material da fundação. Ainda realizou-se uma análise de

uma seção tipo com estes parâmetros fixados e variando o ângulo entre a estrutura

e fundação.

A (FIGURA 52) apresenta a seção típica para o estudo dos parâmetros

altura (H), inclinação do talude de jusante (x:1) e ângulo de atrito interno do material

da fundação (φ). A (FIGURA 53) apresenta a seção típica para o estudo da variação

do ângulo entre a barragem e a fundação.

FIGURA 52 – SEÇÃO TÍPICA PARA O ESTUDO DE SENSIBILIDADE DE ALGUNS PARÂMETROS FONTE: OS AUTORES.

123

FIGURA 53 – SEÇÃO TÍPICA PARA O ESTUDO DA VARIAÇÃO DO ÂNGULO ENTRE A BARRAGEM E A FUNDAÇÃO FONTE: OS AUTORES

Os parâmetros foram variados conforme (QUADRO 14).

124

QUADRO 14 – SIMULAÇÕES PARA VERIFICAÇÃO DE ESTABILIDADE GLOBAL FONTE: OS AUTORES

Simulação

(nº)

Caso de

Carregamento

H

(m)

x

(x:1)φ (°)

Simulação

(nº)

Caso de

Carregamento

H

(m)

x

(x:1)φ (°)

Simulação

(nº)

Caso de

Carregamento

H

(m)

x

(x:1)φ (°)

1 37,5 65 37,5 129 37,5

2 40 66 40 130 40

3 42,5 67 42,5 131 42,5

4 45 68 45 132 45

5 37,5 69 37,5 133 37,5

6 40 70 40 134 40

7 42,5 71 42,5 135 42,5

8 45 72 45 136 45

9 37,5 73 37,5 137 37,5

10 40 74 40 138 40

11 42,5 75 42,5 139 42,5

12 45 76 45 140 45

13 37,5 77 37,5 141 37,5

14 40 78 40 142 40

15 42,5 79 42,5 143 42,5

16 45 80 45 144 45

17 37,5 81 37,5 145 37,5

18 40 82 40 146 40

19 42,5 83 42,5 147 42,5

20 45 84 45 148 45

21 37,5 85 37,5 149 37,5

22 40 86 40 150 40

23 42,5 87 42,5 151 42,5

24 45 88 45 152 45

25 37,5 89 37,5 153 37,5

26 40 90 40 154 40

27 42,5 91 42,5 155 42,5

28 45 92 45 156 45

29 37,5 93 37,5 157 37,5

30 40 94 40 158 40

31 42,5 95 42,5 159 42,5

32 45 96 45 160 45

33 37,5 97 37,5 161 37,5

34 40 98 40 162 40

35 42,5 99 42,5 163 42,5

36 45 100 45 164 45

37 37,5 101 37,5 165 37,5

38 40 102 40 166 40

39 42,5 103 42,5 167 42,5

40 45 104 45 168 45

41 37,5 105 37,5 169 37,5

42 40 106 40 170 40

43 42,5 107 42,5 171 42,5

44 45 108 45 172 45

45 37,5 109 37,5 173 37,5

46 40 110 40 174 40

47 42,5 111 42,5 175 42,5

48 45 112 45 176 45

49 37,5 113 37,5 177 37,5

50 40 114 40 178 40

51 42,5 115 42,5 179 42,5

52 45 116 45 180 45

53 37,5 117 37,5 181 37,5

54 40 118 40 182 40

55 42,5 119 42,5 183 42,5

56 45 120 45 184 45

57 37,5 121 37,5 185 37,5

58 40 122 40 186 40

59 42,5 123 42,5 187 42,5

60 45 124 45 188 45

61 37,5 125 37,5 189 37,5

62 40 126 40 190 40

63 42,5 127 42,5 191 42,5

64 45 128 45 192 45

120

0,65

0,70

0,75

0,80

Limite

30

0,65

0,70

0,75

0,80

60

0,65

0,70

0,75

0,80

90

0,65

0,70

0,75

0,80

90

0,65

0,70

0,75

0,80

Excepecional

30

0,65

0,70

0,75

0,80

60

0,65

0,70

0,75

0,80

120

0,65

0,70

0,75

0,80

Normal

90

0,65

0,70

0,75

0,80

120

0,65

0,70

0,75

0,80

0,65

0,70

0,75

0,80

30

60

0,65

0,70

0,75

0,80

125

6.1. CARACTERÍSTICA DOS MATERIAIS

Para a análise de sensibilidade dos parâmetros, fixou-se o peso específico

do Concreto Compactado a Rolo (CCR) em 25,5 kN/m³ e o da água em 10kN/m³.

Para esta análise não foram considerados sedimentos no fundo do reservatório à

montante.

Nas verificações de segurança ao deslizamento, não se considerou coesão

no contato concreto-fundação. Quando as condições de segurança não foram

satisfeitas, se calculou a coesão necessária no contato concreto-fundação para a

segurança ao deslizamento da estrutura.

6.2. CRITÉRIOS DE VERIFICAÇÃO DE ESTABILIDADE GLOBAL

Foram feitas análises para três casos de carregamentos: CCN (Caso de

Carregamento Normal), CCE (Caso de Carregamento Excepcional) CCL (Caso de

Carregamento Limite) conforme Eletrobrás (2003).

Para os três casos de carregamentos, se verificaram a segurança ao

Tombamento e Deslizamento pelo critério da Eletrobrás (2003) através dos

respectivos Fatores de Segurança, considerando para o CCN como nível d’água

máximo normal de operação dois metros abaixo da cota da crista, e para o CCE e

CCL o nível d’água máximo maximorum um metro abaixo da cota da crista. Ainda

foram feitas análises de tensões na fundação. Para o caso de surgimento de

tensões de tração na base, admitiu-se a abertura de fissuras conforme o critério do

U. S. Bureau of Reclamation (1976). Ambos os critérios foram descritos no capítulo 5

do presente trabalho.

6.3. RESULTADOS

Obtiveram-se Fatores de Segurança para cada simulação do (QUADRO 14).

Nos (QUADROS 15 a 17) são apresentados os valores do Fator de Segurança ao

Tombamento para cada altura e inclinação do talude de jusante da barragem no

126

Caso de Carregamento Normal e no Caso de Carregamento Excepcional

respectivamente. Nos (GRÁFICOS 01 a 03) são plotados os valores do Fator de

Segurança ao Tombamento versus inclinação para as diferentes alturas da

barragem em cada Caso de Carregamento.

(*) Houve descolamento parcial da seção a montante (**) Não há equilíbrio possível

QUADRO 15 – FATORES DE SEGURANÇA AO TOMBAMENTO - CCN FONTE: OS AUTORES

GRÁFICO 1 – FATOR DE SEGURANÇA AO TOMBAMENTO (CCN) X INCLINAÇÃO FONTE: OS AUTORES

0,65 0,7 0,75 0,8

30 1,96 2,15 2,35 2,55

60 1,68(*) 1,88 2,07 2,25

90 (**) 1,81 2,00 2,18

120 (**) 1,78 1,96 2,14

Fator de Segurança ao Tombamento - Caso de

Carregamento Normal

H (m)x

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

2,20

2,40

2,60

2,80

0,65 0,7 0,75 0,8Fato

r d

e S

eg

ura

nça a

o T

om

bam

en

to

x

Fator de Segurança ao Tombamento (CCN) x Inclinação (x:1)

30

60

90

120

127

(*) Não há equilíbrio possível QUADRO 16 – FATORES DE SEGURANÇA AO TOMBAMENTO - CCE FONTE: OS AUTORES

GRÁFICO 2 – FATOR DE SEGURANÇA AO TOMBAMENTO (CCE) X INCLINAÇÃO FONTE: OS AUTORES

(*) Não há equilíbrio possível QUADRO 17 – FATORES DE SEGURANÇA AO TOMBAMENTO - CCL FONTE: OS AUTORES

0,65 0,7 0,75 0,8

30 1,79 1,98 2,16 2,35

60 (*) 1,81 1,99 2,17

90 (*) 1,76 1,94 2,12

120 (*) 1,74 1,92 2,10


Carregamento Excepcional

H (m)x

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

2,20

2,40

2,60

0,65 0,7 0,75 0,8Fato

r d

e S

eg

ura

nça a

o T

om

bam

en

to

x

Fator de Segurança ao Tombamento (CCE) x Inclinação (x:1)

30

60

90

120

0,65 0,7 0,75 0,8

30 1,15 1,31 1,40 1,47

60 (*) (*) 1,26 1,37

90 (*) (*) 1,20 1,34

120 (*) (*) 1,17 1,33

H (m)x


Carregamento Limite

128

GRÁFICO 3 – FATOR DE SEGURANÇA AO TOMBAMENTO (CCL) X INCLINAÇÃO FONTE: OS AUTORES

Primeiramente, para a análise dos Fatores de Segurança ao Deslizamento

não foram consideradas a coesão do material da fundação. O critério da Eletrobrás

(2003) estabelece que a condição de segurança ao deslizamento em fundação com

material sem coesão está verificada se a (EQUAÇÃO 30) for satisfeita.

(30)

onde,






Caso os valores obtidos de FSD fossem menores que os mínimos

estabelecidos, pela (EQUAÇÃO 31) se calculou a coesão necessária para que seja

verificada a segurança pelo critério da Eletrobrás (2003).

(31)

1,00

1,05

1,10

1,15

1,20

1,25

1,30

1,35

1,40

1,45

1,50

0,65 0,7 0,75 0,8Fato

r d

e S

eg

ura

nça a

o T

om

bam

en

to

x

Fator de Segurança ao Tombamento (CCL) x Inclinação (x:1)

30

60

90

120

129

onde,



FSDc: Fator de redução da resistência à coesão;



ci: Coesão característica ao longo da superfície de deslizamento;

Ai: Área efetiva comprimida da estrutura no plano em análise;


Nos (QUADROS 18 a 29) são apresentados os Fatores de Segurança ao

Deslizamento. As células preenchidas vermelho indicam que para a simulação com

os valores correspondentes não se pode encontrar situação de equilíbrio. Em caso

de necessidade de coesão no material da fundação, os valores são mostrados à

frente do Fator de Segurança ao Deslizamento e a respectiva célula é destacada em

amarelo. As células destacadas em verde indicam que, com o surgimento de

tensões de tensão ä jusante da base, considerou-se a abertura de fissuras e foram

verificadas as condições de segurança.

Nos (GRÁFICOS 4, 6, 8, 10, 12, 14, 15, 17, 19 e 20) são plotados os valores

de Fator de Segurança ao Deslizamento versus φ (ângulo de atrito interno do

material da fundação) para cada altura da estrutura, caso de carregamento e

inclinação do talude de jusante. Nos (GRÁFICOS 5, 7, 9, 11, 13, 16 e 21) são

plotados os valores da Coesão Necessária, quando os valores do FSD forem

menores que os mínimos estabelecidos, no Contato Fundação-Concreto versus φ

(ângulo de atrito interno do material da fundação) para cada altura da estrutura, caso

de carregamento e inclinação do talude de jusante.

130

(*) Não há equilíbrio possível QUADRO 18 – FATORES DE SEGURANÇA AO DESLIZAMENTO - CCN – X = 0,65 FONTE: OS AUTORES

GRÁFICO 4 – FATORES DE SEGURANÇA AO DESLIZAMENTO - CCN X Φ – X = 0,65 FONTE: OS AUTORES

37,5° 40° 42,5° 45°

30 1,00 (74,38) 1,00 (24,87) 1,05 1,14

60 1,00 (312,91) 1,00 (219,06) 1,00 (118,07) 1,00 (8,67)

90 (*) (*) (*) (*)

120 (*) (*) (*) (*)

φH (m)

Fator de Segurança ao Deslizamento e Coesão Necessária - x = 0,65 -

Caso de Carregamento Normal

0,90

0,95

1,00

1,05

1,10

1,15

1,20

37,5 40 42,5 45Fato

r d

e S

eg

ura

nça a

o D

esli

zam

en

to

φ

Fator de Segurança ao Deslizamento (CCN) x φ - x = 0,65

30

60

131

GRÁFICO 5 – COESÃO NECESSÁRIA - CCN X Φ – X = 0,65 FONTE: OS AUTORES

(*) Não há equilíbrio possível QUADRO 19 – FATORES DE SEGURANÇA AO DESLIZAMENTO - CCE – X = 0,65 FONTE: OS AUTORES

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

350,00

37,5 40 42,5 45

Co

esão

Necesári

a (k

N/m

²)

φ

Coesão Necessária (kN/m²) (CCN) x φx = 0,65

30

60

37,5° 40° 42,5° 45°

30 1,11 1,21 1,32 1,44

60 (*) (*) (*) (*)

90 (*) (*) (*) (*)

120 (*) (*) (*) (*)


Caso de Carregamento Excepcional

H (m)φ

132

GRÁFICO 6 – FATORES DE SEGURANÇA AO DESLIZAMENTO - CCE X Φ – X = 0,65 FONTE: OS AUTORES

(*) Não há equilíbrio possível QUADRO 20 – FATORES DE SEGURANÇA AO DESLIZAMENTO - CCL – X = 0,65 FONTE: OS AUTORES

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

1,10

1,20

1,30

1,40

1,50

0,65 0,7 0,75 0,8Fato

r d

e S

eg

ura

nça a

o D

esli

zam

en

to

φ

Fator de Segurança ao Deslizamento (CCE) x φ - x = 0,65

30

60

90

120

37,5° 40° 42,5° 45°

30 1,00 (196,63) 1,00 (172,12) 1,00 (145,75) 1,00 (117,18)

60 (*) (*) (*) (*)

90 (*) (*) (*) (*)

120 (*) (*) (*) (*)


Caso de Carregamento Limite

H (m)φ

133

GRÁFICO 7 – COESÃO NECESSÁRIA - CCL X Φ – X = 0,65 FONTE: OS AUTORES

QUADRO 21 – FATORES DE SEGURANÇA AO DESLIZAMENTO - CCN – X = 0,70 FONTE: OS AUTORES

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

37,5 40 42,5 45

Co

esão

Necesári

a (k

N/m

²)

φ

Coesão Necessária (kN/m²) (CCL) x φx = 0,65

30

37,5° 40° 42,5° 45°

30 1,00 (34,81) 1,03 1,12 1,22

60 1,00 (209,5) 1,00 (116,6) 1,00 (16,64) 1,08

90 1,00 (374,06) 1,00 (236,41) 1,00 (88,3) 1,04

120 1,00 (536,14) 1,00 (353,49) 1,00 (156,94) 1,02



H (m)φ

134



0,90

0,95

1,00

1,05

1,10

1,15

1,20

1,25

37,5 40 42,5 45Fato

r d

e S

eg

ura

nça a

o D

esli

zam

en

to

φ


30

60

90

120

0,00

100,00

200,00

300,00

400,00

500,00

600,00

37,5 40 42,5 45

Co

esão

Necesári

a (k

N/m

²)

φ


30

60

90

120

135

QUADRO 22 – FATORES DE SEGURANÇA AO DESLIZAMENTO - CCE – X = 0,70 FONTE: OS AUTORES


(*) Não há equilíbrio possível QUADRO 23 – FATORES DE SEGURANÇA AO DESLIZAMENTO - CCL – X = 0,70 FONTE: OS AUTORES

37,5° 40° 42,5° 45°

30 1,18 1,29 1,41 1,54

60 1,08 1,19 1,30 1,41

90 1,06 1,16 1,27 1,38

120 1,05 1,15 1,25 1,37

H (m)



φ

0,90

1,00

1,10

1,20

1,30

1,40

1,50

1,60

0,65 0,7 0,75 0,8Fato

r d

e S

eg

ura

nça a

o D

esli

zam

en

to

φ


30

60

90

120

37,5° 40° 42,5° 45°

30 1,00 (78,05) 1,00 (59,63) 1,00 (39,81) 1,00 (18,34)

60 (*) (*) (*) (*)

90 (*) (*) (*) (*)

120 (*) (*) (*) (*)



H (m)φ

136



0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

37,5 40 42,5 45

Co

esão

Necesári

a (k

N/m

²)

φ


30

37,5° 40° 42,5° 45°

30 1,00 1,09 1,19 1,30

60 1,00 (128,19) 1,00 (35,19) 1,06 1,16

90 1,00 (247,41) 1,00 (109,43) 1,02 1,12

120 1,00 (364,5) 1,00 (181,31) 1,01 1,10



H (m)φ

137



0,90

0,95

1,00

1,05

1,10

1,15

1,20

1,25

1,30

1,35

37,5 40 42,5 45Fato

r d

e S

eg

ura

nça a

o D

esli

zam

en

to

φ


30

60

90

120

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

350,00

400,00

37,5 40 42,5 45

Co

esão

Necesári

a (k

N/m

²)

φ


30

60

90

120

138



QUADRO 26 – FATORES DE SEGURANÇA AO DESLIZAMENTO - CCL – X = 0,75 FONTE: OS AUTORES

37,5° 40° 42,5° 45°

30 1,26 1,38 1,51 1,64

60 1,16 1,27 1,39 1,52

90 1,14 1,25 1,36 1,49

120 1,13 1,23 1,35 1,47

H (m)φ



0,90

1,00

1,10

1,20

1,30

1,40

1,50

1,60

1,70

0,65 0,7 0,75 0,8Fato

r d

e S

eg

ura

nça a

o D

esli

zam

en

to

φ


30

60

90

120

37,5° 40° 42,5° 45°

30 1,00 (54,54) 1,00 (36,89) 1,00 (17,91) 1,01

60 1,00 (198,14) 1,00 (163,93) 1,00 (127,12) 1,00 (87,25)

90 1,00 (408,17) 1,00 (354,11) 1,00 (295,94) 1,00 (232,91)

120 1,00 (627,48) 1,00 (553,24) 1,00 (473,36) 1,00 (386,82)



H (m)φ

139

GRÁFICO 15 – FATORES DE SEGURANÇA AO DESLIZAMENTO - CCL X Φ – X = 0,75 FONTE: OS AUTORES


0,90

0,95

1,00

1,05

1,10

1,15

1,20

0,65 0,7 0,75 0,8Fato

r d

e S

eg

ura

nça a

o D

esli

zam

en

to

φ

Fator de Segurança ao Deslizamento (CCL) x φ - x = 0,75

30

0,00

100,00

200,00

300,00

400,00

500,00

600,00

700,00

37,5 40 42,5 45

Co

esão

Necesári

a (k

N/m

²)

φ


30

60

90

120

140



37,5° 40° 42,5° 45°

30 1,06 1,16 1,27 1,39

60 1,00 (56,92) 1,04 1,13 1,23

90 1,00 (136,52) 1,00 1,09 1,19

120 1,00 (214,26) 1,00 (30,6) 1,08 1,18

H (m)φ

Fator de Segurança ao Deslizamento e Coesão Necessária - x = 0,80-


0,90

1,00

1,10

1,20

1,30

1,40

1,50

37,5 40 42,5 45Fato

r d

e S

eg

ura

nça a

o D

esli

zam

en

to

φ


30

60

90

120

141



0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

37,5 40 42,5 45

Co

esão

Necesári

a (k

N/m

²)

φ


30

60

90

120

37,5° 40° 42,5° 45°

30 1,34 1,47 1,60 1,75

60 1,24 1,36 1,48 1,62

90 1,22 1,33 1,45 1,59

120 1,21 1,32 1,44 1,57

φH (m)



142


QUADRO 29 – FATORES DE SEGURANÇA AO DESLIZAMENTO - CCL – X = 0,80 FONTE: OS AUTORES

0,90

1,00

1,10

1,20

1,30

1,40

1,50

1,60

1,70

1,80

0,65 0,7 0,75 0,8Fato

r d

e S

eg

ura

nça a

o D

esli

zam

en

to

φ


30

60

90

120

37,5° 40° 42,5° 45°

30 1,00 (41,4) 1,00 (23,95) 1,00 (5,17) 1,07

60 1,00 (127,3) 1,00 (95,07) 1,00 (60,39) 1,00 (22,82)

90 1,00 (208,26) 1,00 (160,79) 1,00 (109,7) 1,00 (54,36)

120 1,00 (287,99) 1,00 (225,15) 1,00 (157,54) 1,00 (84,29)



H (m)φ

143

GRÁFICO 20 – FATORES DE SEGURANÇA AO DESLIZAMENTO - CCL X Φ – X = 0,80 FONTE: OS AUTORES


Nos (QUADROS 27, 28 e 29), apresenta-se a importância da altura na

análise de segurança, onde os fatores diminuem com a altura e quando necessário,

a coesão necessária aumenta significativamente com a altura.

0,90

0,92

0,94

0,96

0,98

1,00

1,02

1,04

1,06

1,08

0,65 0,7 0,75 0,8Fato

r d

e S

eg

ura

nça a

o D

esli

zam

en

to

φ

Fator de Segurança ao Deslizamento (CCL) x φ - x = 0,80

30

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

350,00

37,5 40 42,5 45

Co

esão

Necesári

a (k

N/m

²)

φ


30

60

90

120

144

Como pode-se observar nos (QUADROS 27, 28 e 29), no caso de obras a

fio d’água, com níveis máximo maximoruns e operacionais máximos semelhantes, o

CCE é na maior parte dos casos menos relevante que o CCN e CCL.

No caso de verificação de tensões normais na base, na maioria dos critérios

de projeto, dois limites são importantes, a compressão no concreto e na rocha e o

comprimento deslocado na base. As máximas admissíveis de compressão são, no

caso normal, da ordem de um terço da resistência característica à compressão, ou

seja:

(32)

Nos casos estudados foram observadas resistências características à

compressão necessárias inferiores a 8 MPa. Em geral, a resistência da rocha à

compressão é superior aquelas do concreto.

Em relação à verificação ao deslizamento, em muitos dos casos analisados,

se faz necessárias a existência de coesão do concreto. De acordo com fusco, 1976,

a coesão do concreto, supondo a envoltória de Mohr-Coulomb é:

(33)

Ou seja, para fck = 8,5 MPa

Supondo que a adesão concreto rocha tenha eficácia de metade dos

parâmetros do concreto

ou seja

Com o valor acima apresentado, verifica-se que para alturas em torno de

120 metros e ângulo de atrito de 40º, os valores com barragens 0,7:1,0 já são

críticos, e para 0,75:1,0, a situação é mais crítica para a mesma altura e ângulo de

atrito em torno de 37,5º.

Determinaram-se as máximas tensões de compressão e a porcentagem da

base comprimidas. Os (QUADROS 30 a 41) mostram estes valores. Quando não se

pode verificar a segurança das estruturas as células são destacadas em vermelho.

145

(*) Não há equilíbrio possível QUADRO 30 – TENSÕES DE COMPRESSÃO NA BASE E % DA BASE COMPRIMIDA - CCN – X = 0,65 FONTE: OS AUTORES

(*) Não há equilíbrio possível QUADRO 31 – TENSÕES DE COMPRESSÃO NA BASE E % DA BASE COMPRIMIDA - CCE – X = 0,65 FONTE: OS AUTORES

(*) Não há equilíbrio possível QUADRO 32 – TENSÕES DE COMPRESSÃO NA BASE E % DA BASE COMPRIMIDA - CCL – X = 0,65 FONTE: OS AUTORES

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

30 -570,29 100% -570,29 100% -570,29 100% -570,29 100%

60 -1307,59 98% -1307,59 98% -1307,59 98% -1307,59 98%

90 (*) (*) (*) (*) (*) (*) (*) (*)

120 (*) (*) (*) (*) (*) (*) (*) (*)

φ

H (m)

Tensões na Base e % Comprimida - x = 0,65 - Caso de Carregamento Normal

37,5° 40° 42,5° 45°

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

30 -635,53 100% -635,53 100% -635,53 100% -635,53 100%

60 (*) (*) (*) (*) (*) (*) (*) (*)

90 (*) (*) (*) (*) (*) (*) (*) (*)

120 (*) (*) (*) (*) (*) (*) (*) (*)

H (m)

φ

Tensões na Base e % Comprimida - x = 0,65 - Caso de Carregamento Excepcional

37,5° 40° 42,5° 45°

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

30 -577,89 61% -577,89 61% -577,89 61% -577,89 61%

60 (*) (*) (*) (*) (*) (*) (*) (*)

90 (*) (*) (*) (*) (*) (*) (*) (*)

120 (*) (*) (*) (*) (*) (*) (*) (*)

φ

42,5° 45°40°

Tensões na Base e % Comprimida - x = 0,65 - Caso de Carregamento Limite

H (m) 37,5°

146

QUADRO 33 – TENSÕES DE COMPRESSÃO NA BASE E % DA BASE COMPRIMIDA - CCN – X = 0,70 FONTE: OS AUTORES

QUADRO 34 – TENSÕES DE COMPRESSÃO NA BASE E % DA BASE COMPRIMIDA - CCE – X = 0,70 FONTE: OS AUTORES

(*) Não há equilíbrio possível QUADRO 35 – TENSÕES DE COMPRESSÃO NA BASE E % DA BASE COMPRIMIDA - CCL – X = 0,70 FONTE: OS AUTORES


TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

30 -491,79 100% -491,79 100% -491,79 100% -491,79 100%

60 -1127,41 100% -1127,41 100% -1127,41 100% -1127,41 100%

90 -1759,20 100% -1759,20 100% -1759,20 100% -1759,20 100%

120 -2392,31 100% -2392,31 100% -2392,31 100% -2392,31 100%


H (m)

φ

37,5° 40° 42,5° 45°

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

30 -548,14 100% -548,14 100% -548,14 100% -548,14 100%

60 -1186,72 100% -1186,72 100% -1186,72 100% -1186,72 100%

90 -1819,91 100% -1819,91 100% -1819,91 100% -1819,91 100%

120 -2453,36 100% -2453,36 100% -2453,36 100% -2453,36 100%


H (m)

φ

37,5° 40° 42,5° 45°

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

30 -434,28 95% -434,28 95% -434,28 95% -434,28 95%

60 (*) (*) (*) (*) (*) (*) (*) (*)

90 (*) (*) (*) (*) (*) (*) (*) (*)

120 (*) (*) (*) (*) (*) (*) (*) (*)

H (m)

φ

37,5° 40° 42,5° 45°


TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

30 -428,44 100% -428,44 100% -428,44 100% -428,44 100%

60 -981,49 100% -981,49 100% -981,49 100% -981,49 100%

90 -1536,41 100% -1536,41 100% -1536,41 100% -1536,41 100%

120 -2089,39 100% -2089,39 100% -2089,39 100% -2089,39 100%


H (m)

φ

37,5° 40° 42,5° 45°

147


QUADRO 38 – TENSÕES DE COMPRESSÃO NA BASE E % DA BASE COMPRIMIDA - CCL – X = 0,75 FONTE: OS AUTORES



TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

30 -477,62 100% -477,62 100% -477,62 100% -477,62 100%

60 -1033,25 100% -1033,25 100% -1033,25 100% -1033,25 100%

90 -1589,38 100% -1589,38 100% -1589,38 100% -1589,38 100%

120 -2142,82 100% -2142,82 100% -2142,82 100% -2142,82 100%


H (m)

φ

37,5° 40° 42,5° 45°

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

30 -364,07 100% -364,07 100% -364,07 100% -364,07 100%

60 -806,55 89% -806,55 89% -806,55 89% -806,55 89%

90 -1274,73 77% -1274,73 77% -1274,73 77% -1274,73 77%

120 -1750,34 72% -1750,34 72% -1750,34 72% -1750,34 72%

H (m)

φ


37,5° 40° 42,5° 45°

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

30 -372,06 100% -372,06 100% -372,06 100% -372,06 100%

60 -865,65 100% -865,65 100% -865,65 100% -865,65 100%

90 -1353,99 100% -1353,99 100% -1353,99 100% -1353,99 100%

120 -1841,16 100% -1841,16 100% -1841,16 100% -1841,16 100%


H (m)

φ

37,5° 40° 42,5° 45°

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

30 -415,36 100% -415,36 100% -415,36 100% -415,36 100%

60 -911,23 100% -911,23 100% -911,23 100% -911,23 100%

90 -1400,48 100% -1400,48 100% -1400,48 100% -1400,48 100%

120 -1888,19 100% -1888,19 100% -1888,19 100% -1888,19 100%


H (m)

φ

37,5° 40° 42,5° 45°

148

QUADRO 41 – TENSÕES DE COMPRESSÃO NA BASE E % DA BASE COMPRIMIDA - CCL – X = 0,80 FONTE: OS AUTORES

Para complementar o estudo, foi realizada uma análise da influência da

inclinação da seção de montante para jusante. Para tanto foram fixados alguns

parâmetros da seção de CCR apenas variando o ângulo da inclinação do leito do rio.

A altura da barragem foi fixada em 90 metros, a seção da barragem é 0,75:1,0 e o

ângulo de atrito foi fixado em 37,5º (pior caso verificados nas outras análises).

Esse estudo busca mostrar a grande influencia que essas mudanças têm

sobre a verificação da segurança à estabilidade. No (QUADRO 42 e 43) e

(GRÁFICOS 22 a 24) são apresentados os valores de Fator de Segurança ao

Tombamento e Fator de Segurança ao Deslizamento com a Coesão necessária

caso necessite, respectivamente. O (QUADRO 44) apresenta os valores máximos de

compressão na base e a porcentagem da base sujeita a tensões de compressão.

QUADRO 42 – FATORES DE SEGURANÇA AO TOMBAMENTO – BASE INCLINADA FONTE: OS AUTORES

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

30 -302,71 100% -302,71 100% -302,71 100% -302,71 100%

60 -681,56 100% -681,56 100% -681,56 100% -681,56 100%

90 -1053,81 100% -1053,81 100% -1053,81 100% -1053,81 100%

120 -1424,53 100% -1424,53 100% -1424,53 100% -1424,53 100%

H (m)

φ

37,5° 40° 42,5° 45°


α (°) CCN CCE CCL

0 2,00 1,94 1,20

2,5 1,93 1,88 1,18

5 1,83 1,78 1,09

7,5 1,73 1,69 (*)

Fator de Segurança ao Tombamento

α (°) CCN CCE CCL

0 1,00 (247,41) 1,14 1,00 (408,17)

2,5 1,00 (368,39) 1,06 1,00 (478,63)

5 1,00 (495,74) 1,00 (5,52) 1,00 (1051,03)

7,5 1,00 (629,12) 1,00 (69,04) (*)

Fator de Segurança ao Deslizamento e Coesão

Necessária

149

QUADRO 43 – FATORES DE SEGURANÇA AO DESLIZAMENTO – BASE INCLINADA FONTE: OS AUTORES

(*) Não há equilíbrio possível QUADRO 44 – TENSÕES DE COMPRESSÃO NA BASE E % DA BASE COMPRIMIDA – BASE INCLINADA FONTE: OS AUTORES

GRÁFICO 22 – FATOR DE SEGURANÇA AO TOMBAMENTO X α – BASE INCLINADA FONTE: OS AUTORES

TENSÃO

(kN/m²)% COMPRIMIDA

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMID

A

TENSÃO

(kN/m²)

%

COMPRIMIDA

0

2,5 -1525,43 100% -1573,63 100% -1604,43 66%

5 -1671,01 100% -1718,05 100% -2026,70 44%

7,5 -1861,08 100% -1909,80 100% (*) (*)

α (°)

CCN CCE CCL

Tensões na Base e % Comprimida

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

2,20

0 2,5 5 7,5

Fato

r d

e S

eg

ura

nça a

o T

om

bam

en

to

α

Fator de Segurança ao Tombamento

CCN

CCE

CCL

150

GRÁFICO 23 – FATOR DE SEGURANÇA AO DESLIZAMENTO X α – BASE INCLINADA FONTE: OS AUTORES

GRÁFICO 24 – COESÃO NECESSÁRIA X α – BASE INCLINADA FONTE: OS AUTORES

1,00

1,02

1,04

1,06

1,08

1,10

1,12

1,14

1,16

0 2,5 5 7,5

Fato

r d

e S

eg

ura

nça a

o D

esli

zam

en

to

α

Fator de Segurança ao Deslizamento

CCE

1,00

201,00

401,00

601,00

801,00

1001,00

1201,00

0 2,5 5 7,5

Co

esão

Necessári

a (k

N/m

²)

α

Coesão Necessária (kN/m²)

CCN

CCE

CCL

151

Foram observadas algumas características interessantes e importantes com

esse estudo. Primeiro foi verificada uma rápida degradação da segurança da

barragem com o aumento do ângulo do leito o rio.

Pode ser constado, que em quase todos os casos, os coeficientes de

segurança ao deslizamento não atendem os mínimos estabelecidos, sendo

necessário o cálculo da coesão requerida.

É importante acrescentar que com a deterioração dos parâmetros de

estabilidade, foram observadas tensões na base mais críticas. Quando se fez

necessária a abertura de fissuras houve uma grande queda dos parâmetros de

segurança, sendo que em um caso, não foi possível verificar a estabilidade e noutro

foi possível, porém não foi respeitada a necessidade de ser ter 66,7% da base

comprimida.

152

7. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Este trabalho possui dois focos claros. O primeiro é demonstrar a

necessidade da humanidade por recursos hídricos. A população mundial vem

crescendo e com isso a demanda por água, energia e outros recursos básicos para

a sobrevivência aumentam. O desenvolvimento econômico leva à procura de uma

melhor qualidade de vida, e faz com que as empresas, indústrias e o próprio

governo acabem consumindo mais insumos básicos. Paralelamente à esse fato

vemos a necessidade de armazenamento desses recursos, pois há uma

sazonalidade envolvendo todos os fatores dos processos de geração de energia e

armazenamento de água.

Hoje o progresso é mais pensado e pautado na sustentabilidade, pois ao

longo dos anos o uso de combustíveis fósseis aumentou consideravelmente a

concentração de CO2 na atmosfera, e como isso se deve fazer maior investimento

nas fontes de energia renováveis.

Sabendo dessa necessidade da sociedade, cabe à construção civil resolver

essas questões e dar suporte à população. Porém estabelece-se um dilema, pois a

responsável pelo desenvolvimento dos povos é também a indústria que mais gera

resíduos e é a maior consumidora de recursos naturais. Apesar desse, fato a

construção civil é a atividade com maior potencial de mitigação de dos gases do

efeito estufa, e a implementação de fontes de energia renováveis é uma delas.

A energia hidráulica é limpa e renovável. Mesmo sabendo que a implantação

de empreendimentos hídricos gerem CO2 na construção, há uma baixa emissão

durante sua manutenção, diferentemente de outras fontes com as termoelétricas e

fontes que usam combustíveis fósseis.

No Brasil a demanda por infraestrutura, principalmente energia é crescente.

E sabendo do grande potencial brasileiro para geração de energia hidráulica, e que

o país tem uma das maiores reservas de água do mundo, cabe ao governo criar

políticas de desenvolvimento para que os projetos possam ser implementados. Com

a existência do SIN, a solução de energia hidráulica é otimizada, pois pode-se

explorar todo o potencial brasileiro, diversificando os tipos de empreendimentos,

sem que o sistema fique refém de problemas regionais como secas.

153

Mesmo sabendo da necessidade de expansão da geração de energia há

uma grande rejeição da sociedade para com a implantação de novos

empreendimentos hidráulicos, devido à percepção dos impactos que podem ser

causados. Essa percepção negativa se deve em parte pela falta de conhecimento da

comunidade técnica para sua defesa. Por essa razão esse trabalho tenta criar

argumentos para um debate melhor com a sociedade.

O segundo foco do trabalho é apresentar os fenômenos físicos que devem

ser considerados nos projetos de uma barragem, visando assim ser material de

consulta para a graduação e também para engenheiros que pretendem seguir na

área.

Com as crises econômicas que se instalaram nas ultimas décadas no país

houve uma diminuição considerável do número de equipes de engenharias

especializadas na área. Além disso, o assunto é muito pouco abordado nos cursos

de graduação de Engenharia Civil, levando a uma inexistência de material didático

adequado para formação de novos profissionais. É também, muito importante

colocar que não há no Brasil uma normalização na área, fazendo com que se

busque referências estrangeiras, sem soluções consensadas.

As barragens têm permitido que as pessoas coletassem e armazenassem

água há muitos anos. Existem vários tipos de barragens e a escolha do arranjo

adotado depende de vários fatores, como disponibilidade de solo e rocha, topografia,

aspectos geológicos e geotécnicos. Da mesma maneira é necessária uma análise

bastante criteriosa do local do empreendimento analisando a capacidade e impactos

gerados.

O trabalho é focado na análise de estabilidade de barragens de concreto à

gravidade fazendo um resumo dos principais critérios e fenômenos envolvidos.

Estudou-se os principais critérios nacionais e internacionais de verificação

da estabilidade de estruturas de Usinas Hidrelétricas. Como objetivo principal do

trabalho, direcionou-se o estudo para as Barragens de Concreto Compactado a

Rolo.

Os critérios apresentados são os critérios da “Centrais Elétricas Brasileiras

S.A.” – Eletrobrás (2003), os critérios do U. S. Army Corps of Enginners (1995) e os

critérios do U. S. Bureau of Reclamation (1976).

Os critérios estabelecidos pela Eletrobrás (2003) se assemelham em grande

parte aos critérios do U. S. Bureau of Reclamation (1976), inclusive na consideração

154

da subpressão para as verificações de estabilidade. O U. S. Army Corps of

Enginners (1995) estabelece um critério diferente para a consideração da

subpressão.

As análises de estabilidade da estrutura à flutuação são definidas de iguais

formas nos critérios da Eletrobrás (2003) e do U. S. Army Corps of Enginners (1995).

Já para a análise de estabilidade da estrutura ao tombamento, a Eletrobrás define

em seu critério o cálculo de um Fator de Segurança ao Tombamento, resultante da

razão entre o Momento Estabilizante pelo Momento Tombador, enquanto o U. S.

Army Corps of Enginners (1995) calcula a estabilidade ao tombamento através da

excentricidade da horizontal da força resultante. O U. S. Bureau of Reclamation

(1976) não estabelece verificação equivalente para o tombamento, focando a análise

no estudo das tensões na base.

Para a verificação da estabilidade da estrutura ao deslizamento, as 3

instituições definem o cálculo de um fator de segurança do deslizamento. O critério

nacional da Eletrobrás (2003) apresenta fatores de segurança parciais mínimos para

a coesão e para o atrito, enquanto alguns critérios internacionais apresentam fatores

de segurança globais mínimos para esta verificação. Estes fatores de segurança

parciais são inseridos para reduzir o risco devido à variação dos valores de coesão e

atrito no local da construção.

A análise de tensões nas estruturas pode ser feita, a um nível menos

avançado de projeto, pela teoria clássica de flexão composta da resistência dos

materiais. Os critérios do U. S. Army Corps of Enginners (1995) propõe uma

verificação das tensões através da localização da força resultante (também utilizado

na verificação da estabilidade ao tombamento). Com o desenvolvimento dos

métodos numéricos e da capacidade de processamento de dados obteve-se uma

ferramenta que possibilita a análise do problema em suas múltiplas formas. O

estudo dos métodos numéricos para a análise de tensões não foi foco deste

trabalho.

No trabalho foi apresentada uma análise de sensibilidade à dependência dos

parâmetros de resistência geotécnicos e dos materiais aplicados. A maioria das

rupturas de barragens estão relacionadas com problemas de fundação, e há um

grande risco de desastres quando as investigações e parametrizações não são

realizadas adequadamente.

155

Sendo assim esse trabalho visa demonstrar a necessidade de sejam feitas

investigações e parametrização dos materiais da maneira mais criteriosa possível,

para que além de diminuir o risco, também diminui-se a quantidade de material

necessário para a construção pois as certezas serão maiores. Assim pode-se

construir mais seguro e sustentável.

Sabemos que o CCR suporta tensões da ordem de 7 a 10 MPa, foi

observado na análise de estabilidades que na pior situação encontrou-se uma

tensão de 7,17 MPa, dentro o esperado para a utilização de CCR.

No trabalho foi realizada uma interação entre diversas geometrias e

parâmetros geotécnicos, representado pelo ângulo de atrito entre a estrutura e a

rocha. Analisando os resultados concluímos que na análise de estabilidade ao

tombamento, o principal fator, determinante para maior segurança da estrutura, é o

fator de geometria. Pudemos observar que quanto menor a declividade da barragem

mais estável ela é, com fatores muito parecidos para as alturas de 60, 90 e 120m.

Outra conclusão bastante interessante é referente à análise ao

deslizamento. Os principais fatores responsáveis pela segurança é o ângulo de atrito

entre a rocha e a estrutura e a altura.

A análise do efeito da inclinação do leito do rio, mostra como era esperado,

uma grande influência nos parâmetros de estabilidade, deteriorando rapidamente as

condições de segurança com o aumento da declividade.

Também é importante mencionar que, nas barragens a fio d’água, onde a

diferença entre o nível máximo normal e o máximo maximorum é relativamente

pequena em relação à altura total, há predominância do CCN sobre o CCE e CCL.

Como pode ser demonstrado, os modelos e sistemas construtivos de

barragens de concreto à gravidade são conhecidos e confiáveis, bem como em uma

análise simples de sensibilidade, percebe-se a importância relativa dos diversos

parâmetros existente. A necessidade de investigações adequadas para a

determinação dos parâmetros da interface concreto-rocha mostra-se evidente, bem

como se apresenta fundamental a determinação da topografia local para verificação

da geometria do leito do rio. O trabalho não visitou os efeitos das inclinações das

ombreiras, tampouco das elevações dos níveis de jusante, que ficaram para um

próximo estudo dentro na Universidade Federal do Paraná.

156

8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Critérios de projeto de barragens de concreto à gravidade