Geração de Energia BARRAGENS - UTFPR

BARRAGENS

Prof. Dr. Eng. Paulo Cícero Fritzen

1

Geração de Energia

2

As barragens foram, desde o início da história da Humanidade,

fundamentais para seu desenvolvimento. Descobertas

arqueológicas recentes indicam que barragens simples de terra e

redes de canais foram construídas já em 2.000 a.C. para

fornecer às pessoas fontes confiáveis da água. Em nível mundial,

algumas das barragens mais antigas de que há conhecimento

situavam-se, por exemplo, no Egito, Médio Oriente e Índia.

Histórico das Barragens

Com a Revolução Industrial, houve a necessidade de construir

um crescente número de barragens, o que permitiu o progressivo

aperfeiçoamento das técnicas de projeto e construção.

Apareceram então as primeiras barragens de aterro modernas,

assim como as barragens de concreto. As barragens são feitas

de forma a acumularem o máximo de água possível, tanto

através da chuva como também pela captação da água caudal

do rio existente. Construídas principalmente para abastecimento

de água em zonas residenciais, agrícolas, indústrias, produção

de energia elétrica

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Motivos para Construção das Barragens

a) Controle de cheias

b) Rejeitos ou minerações

c) Correção torrencial

d) Conservação de água

e) Armazenagem de água para obtenção de energia

elétrica:

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Definição para Barragens

As barragens são definidas como barreiras ou

estruturas que cruzam córregos, rios ou canais para

confinar e assim controlar o fluxo da água. As

barragens variam em tamanho: de pequenos maciços

de terra, usados frequentemente em fazendas, a

enormes estruturas de concreto, geralmente usadas

para fornecimento de água, energia hidrelétrica e

irrigação.

A construção de barragens geralmente requer a

relocação de vilas, casas, fazendas, estradas,

ferrovias e serviços públicos do vale do rio para áreas

de elevação maior, acima do nível do reservatório.

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Os principais tipos de barragens no mundo são as de

aterro, de gravidade e em arco. As estruturas

acessórias ou adicionais das barragens incluem

vertedouros, estruturas de descarga, usinas

hidrelétricas e unidades de controle.

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As barragens são construídas para armazenar e

controlar a água para fins de fornecimento doméstico,

irrigação, navegação, recreação, controle de

sedimentação, controle de enchentes ou para

obtenção de energia hidrelétrica. Algumas de nossas

barragens têm apenas uma função e são assim

conhecidas como “barragens de função única”. Hoje,

as barragens são construídas para servir a diversas

funções e são, por isso, conhecidas como “barragens

de usos múltiplos”. As barragens de usos múltiplos

são projetos muito importantes e baratos para países

em desenvolvimento, pois a população recebe vários

benefícios domésticos e econômicos de um único

investimento. Elas são à base do desenvolvimento

dos recursos hídricos das bacias fluviais.

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Em uma usina hidrelétrica, a barragem é a estrutura

que tem a função de represar a água, visando, com a

elevação do nível d’água do rio, possibilitar a

alimentação da tomada d’água. No caso de locais de

baixa queda, a barragem tem também a função de

criar o desnível necessário à produção da energia

desejada (ELETROBRÁS).

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Função das Barragens

No passado, as barragens eram construídas com o

único propósito de fornecimento de água ou irrigação.

Atualmente serem as barragens são construídas para

um fim específico tal como fornecimento de água,

controle de enchentes, irrigação, navegação, controle

de sedimentos e energia hidrelétrica. A recreação é às

vezes incluída em benefício da população.

As barragens são as bases do desenvolvimento e da

gestão dos recursos hídricos das bacias fluviais. As

barragens de usos múltiplos são projetos muito

importantes para países em desenvolvimento, pois as

populações recebem benefícios domésticos e

econômicos de um único investimento.

9

Funcionamento das Barragens

Para operar adequadamente, as barragens devem ter

vários componentes específicos: um reservatório, um

vertedouro, estruturas de descarga e uma unidade de

controle.

No caso de barragens com instalações de energia

hidrelétrica, condutos forçados, geradores e

subestações estão incluídos. O reservatório é o

componente que armazena a água. A alimentação ou

vazão afluente deve ser continuamente monitorada e

a vazão deve ser controlada para obter o máximo de

benefícios.

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Funcionamento das Barragens

Sob condições normais de operação o nível do

reservatório é controlado pela unidade de controle,

que controla a vazão pelas estruturas de descarga,

que consistem em um grande túnel ou conduto no

nível da água e comportas.

Sob condições de enchente o nível do reservatório é

mantido pelo vertedouro e pelas estruturas de

descarga. Os reservatórios das barragens para

controle de enchentes são mantidos no nível mais

baixo possível durante vários meses do ano para criar

o máximo de capacidade de armazenamento para uso

na estação das enchentes.

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Principais Elementos das Usinas Hidrelétricas

12

Principais Elementos das Usinas Hidrelétricas

UHE

1. Reservatório ou lago

2. Barragem

3. Vertedouro

4. Tomada d’água

5. Conduto Forçado

6. Casa de Força

7. Canal de Fuga

8. Subestação

9. Turbina

10. Gerador

13

Principais Elementos UHE

14

Elementos básicos das Barragens

As barragens são formadas por diversos

componentes, que podem ou não estar presentes em

todos os tipos de barragens:

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Paramentos: São as superfícies mais ou menos

verticais que têm como função limitar o corpo da

barragem. O paramento a montante está em

contato com a água, e o paramento a jusante é a

parede visível da estrutura.

Coroamento: É a superfície que delimita a parte

superior da barragem, podendo ou não servir para

a passagem de uma estrada.

Encontros: São as superfícies laterais da barragem

que se encontram em contato com as margens do

vale, e a fundação é a superfície inferior em contato

com o fundo do vale.

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Descarregador de cheias: É o sistema hidráulico

que descarrega a água armazenada em excesso

na albufeira.

Tomadas de água: São os canais hidráulicos que

extraem a água da albufeira para a sua posterior

utilização.

Descarregador de fundo: É o órgão hidráulico que

permite esvaziar a albufeira de forma a esvaziá-la

ou a assegurar o caudal ecológico do curso de

água.

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Eclusas: São mecanismos hidráulicos que

permitem ultrapassar o desnível imposto pela

barragem de modo a facilitar a navegação fluvial.

Escada de peixes: São estruturas que permitem

que os peixes e outras espécies fluviais subam e

desçam livremente o curso de água de modo a

manterem os seus ciclos biológicos.

Quando o solo original não for de boa qualidade, deve

ser construído um núcleo central no maciço com

material granular adequado trazido de outro local,

para evitar a infiltração de água pelo corpo da

barragem.

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Tipos de Barragens

Barragem de Terra;

Barragem de Enrocamento;

Barragem de Concreto.

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Barragens de Terra

São as barragens mais comumente utilizadas• utilizam materiais naturais com um mínimo de processamento• podem ser utilizadas em condições de fundações menos resistentes• maciço constituído por solos compactados em camadas sucessivas• podem ser homogêneas ou zonadas

As barragens de terra são caracterizadas pelos seguintes elementos principais:• zona de vedação (núcleo)• sistema de drenagem interna• zona resistente (espaldares)

Principais desvantagens:• cronograma de construção pode ser afetado pelas condições climáticas(execução do aterro paralisada em períodos chuvosos)

20

Barragens de Terra

21

Barragens de Terra

Locais considerados aptos para a implantação

Pedreiras localizadas em cotas superiores, visando

facilitar o transporte de materiais;

As fundações com resistência e estanqueidade

suficientes,

O eixo posicionado no local mais estreito do rio;

As margens do reservatório estáveis.

22

Barragens de Terra

Deve-se ainda evitar correntes de alta velocidade

adjacente ao talude no contato com o vertedouro.

As barragens pertencentes a esse grupo apresentam,

tem como característica principal um núcleo

impermeável utilizado como um filtro a jusante e é

construída com terra compactada. Possuem

revestimento protetor de pedra ou grama e possui as

seções transversais nas formas trapezoidais. São

também classificadas como não galgável, pois,

mesmo com o risco de erosão, água não deve passar

sobre sua crista (ELETROBRAS).

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Barragens de Terra

Escolha do Local para a implantação

O local escolhido deve possuir solo estável, não

podendo ocorrer deslizamentos ou grandes

acomodações devido ao peso da terra acrescentada

sobre o solo original.

A construção da barragem sobre as nascentes devem

ser evitadas, pois a pressão da água pode

comprometer a estabilidade do aterro.

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Barragens de Terra

Escolha do Local para a implantação

Evitar locais com afloramentos rochosos, pois quando

a barragem está assentada sobre laje de pedra, o

escoamento de água entre o aterro e a rocha pode

comprometer a estabilidade devido ao deslizamento

do aterro.

Em falta de um local melhor, construir uma cortina

(muro) de concreto armado, formando uma barreira

(núcleo central) que impeça a infiltração de água.

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Barragens de Terra

Seções Típicas

Em função do regime hidrológico da região, períodos

chuvosos e secos, a intensidade das chuvas entre

outros utiliza-se barragens com seções homogêneas

em solo e de enrocamento, cujos detalhes típicos são

apresentados nas Figuras a seguir.

Caso o balanceamento de materiais mostre que existe

volume de rocha excedente, a seção da barragem

deve ser mista (terra-enrocamento), uma vez que,

certamente, significará economia para o

empreendimento.

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Barragens de Terra

Seções Típicas

det. 2

a

m2

1

det. 1

det. 3

borda livre

NA máx.

1m1

Hh

5,00 5,00

aterro

compactado

0,3h

m1H a 0,3hm2m2H

pavimento flexível

proteção com grama

Figura 4: Baragem Homogênea (H≤10m)

Fonte: Eletrobrás

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Barragens de Terra

Seções Típicas

a

m2

1

borda livre

NA máx.

1m1

Hh

5,00 5,00

aterro

compactado

tapete drenante

m1H a 0,3hm2m2H

filtro vertical aterro

compactado

pavimento flexível

dreno de pé

proteção com grama

det. 3

Figura 5: Barragem Homogênea (H>10m)

Fonte: Eletrobrás

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Barragens de Terra

Dimensões básicas

Largura da Crista

A largura mínima da crista deverá ser de 3,0m. Entretanto, se a

barragem for utilizada como estrada sua largura mínima deverá ser

de 6,0m (ELETROBRAS, 2008).

Cota da Crista

A cota da crista da barragem é determinada considerando-se a

“borda livre”, que é uma folga acima da elevação do nível de água

máximo normal de operação do reservatório (ELETROBRAS, 2008).

Inclinação dos Taludes

A inclinação dos taludes da barragem é caracterizada por um

coeficiente de inclinação, que indica quantas vezes a projeção

horizontal é maior que a projeção vertical. Esse coeficiente depende

do tipo de barragem, do material empregado, da altura da barragem

e do material da fundação (ELETROBRAS).

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Barragens de Terra

Dimensões básicas

Largura da Base da Barragem

Segundo as Diretrizes para Projetos de PCH

(ELETROBRAS), a largura da base (b) é calculada em função da

geometria da barragem, utilizando-se a fórmula:

𝑏 = 𝑎 + 𝑚1 +𝑚2 ∗ 𝐻.

a = largura da crista da barragem (m);

m1 = inclinação do talude de montante;

m2 = inclinação do talude de jusante;

H = altura da barragem (m).

Sendo que para altura da barragem de terra existem

algumas limitações.

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Barragens de Terra

Dimensões básicas

Abaixo são apresentados alguns parâmetros considerados

em algumas dessas definições:

• Manual de Irrigação do Ministério da Integração Regional:

altura máxima do maciço de 10 m (Hradilek et alli, 2002);

• Bureau of Reclamation (1967, p. 7): altura máxima do

maciço de 15 m;

• Manual de Segurança e Inspeção de Barragens do

Ministério da Integração Regional (2002, p. 18): altura

máxima do maciço de 15 m e capacidade do reservatório

menor que 1.000.000 m3;

• Molle e Cardier (1992, p. 83): altura máxima do maciço de

10m.

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Barragens de Terra - Detalhes Construtivos Principais

Preparo da Fundação e das Ombreiras

A área sob a barragem, mais uma faixa de 5,0m para

montante e para jusante, deverá ser limpa. O material

removido deverá ser transportado para área fora do

canteiro de obras e do futuro reservatório.

Após limpeza o terreno deverá ser ajustado e

compactado com trator esteira. Em seguida ocasionais

surgências de água na fundação (olho d’água) deverão ser

convenientemente tratadas. O detalhe é apresentado na

Figura a seguir.

(Diretrizes para Projetos de PCH, ELETROBRAS).

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lançamento da pasta

nível de lançamento

NA estabilizado

tubo de concreto ou

fundaçãoinfiltração

abertura do

olho d`água

TRATAMENTO DE OLHO D`ÁGUA NA FUNDAÇÃO

camadas

compactadas

da barragem

1,00

cerâmica (manilha)

de cimento

da brita (final)

Figura: Tratamento de olho d’água na fundação

Fonte: Eletrobrás

33



Caso a fundação seja mais permeável que o aterro da barragem,

ou do núcleo central no caso de seção mista deverá ser prevista

uma trincheira de vedação, cujos detalhes e dimensões são

mostrados na Figura a seguir.

Figura: Trincheira em fundação muito permeável

Fonte: Eletrobrás

filtro de areia

até o pé do talude

de jusante

B=b+3h

b

h

DETALHE 1 - TRINCHEIRA EM FUNDAÇÃOMUITO PERMEÁVEL

nota: b>=3m

aterro compactado

material mais

impermeável

1,51

1,51

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Lançamento, Espalhamento e Compactação

O material da barragem deverá ser lançado com

caminhão basculante e espalhado com trator esteira

equipado com lâmina ou moto-niveladora. A

compactação deverá ser realizada através de

passadas de rolo compactador ou utilizando-se placas

vibratórias ou manualmente, por apiloamento.

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Proteção dos Taludes das Barragens

O talude de montante das barragens de terra homogêneas deverá

ser protegido contra a ação de ondas e contra a variação do nível

d’água do reservatório. A proteção deverá ser executada com

materiais granulares. Essa proteção deverá ser executada

acompanhando o alteamento do aterro. Evidentemente, o

diâmetro de cada material deverá ser menor que a espessura da

camada, medida normalmente ao talude, a qual poderá variar de

acordo com o material disponível. (Diretrizes para Projetos de PCH - ELETROBRAS)

pedra de mão

transição

(brita)

m1

1

areia

(enrocamento)

0,40

0,20

0,20

nota: dimensões em metro

aterro compactado

DETALHE 2 - PROTEÇÃO DO TALUDEDE MONTANTE

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O talude de jusante deverá ser protegido contra a flutuação do

nível d’água de jusante e contra a ação de chuvas. A proteção

deverá ser igual a do talude de montante. Acima dessa altura,

o talude deverá ser protegido, sempre que possível, através

do plantio de grama. Os detalhes dessa proteção são

mostrados na Figura, a seguir.


0,200,20

0,40

(enrocamento)0,3h mínimo

DE JUSANTEDETALHE 3 - PROTEÇÃO DO TALUDE

filtro de areia

areia

transição (brita)

pedra de mão

grama

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Caso não existam materiais granulares em abundância

na região, o talude de montante deverá ser protegido

com uma camada de solo-cimento.

O método de execução deverá acompanhar o alteamento

do aterro da barragem. Durante a elevação do aterro,

deverão ser tomados cuidados com a umidade adequada

para a cura das camadas executadas anteriormente. A

mistura de cimento com o solo deverá ser realizada em

betoneiras ou no próprio local. Poderá ser adicionada

água à mistura, se necessário, para melhorar a

trabalhabilidade.

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O talude de jusante deverá

ser protegido como

especificado anteriormente.

A Figura, apresenta os

detalhes da proteção e do

alteamento de solo-cimento

m1

1

SEQUÊNCIA DE ALTEAMENTO

camadas de proteção

de solo-cimento

talude da barragem

camadas compactadas

da barragem

linha de escavação do

talude para junção

das camadas

0,20

1,00

1,00

aterro

compactado

camada de

solo-cimento


Figura: Sequência de alteamento

Fonte: Eletrobrás

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Exemplos de Problemas e Soluções

Devido a forte colisão da água, a face do talude montante fica sujeita a

efeitos destrutivos. Sendo estes, solucionados com uso de uma camada de pedra

sobre a face da barragem em que se colide a água.

Figura Efeito destrutivo sobre o talude montante (Fonte: Desconhecida)

Figura: Solução do efeito destrutivo (Fonte: Desconhecida)

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Outro grande problema em barragens de terra são as infiltrações, que por

sua vez, danificam a estrutura da barragem. A solução mais eficaz consiste na

construção da barragem com um núcleo impermeabilizante de argila, e também

com o uso de drenos capazes de mudar a direção da infiltração.

Figura : Infiltração da Barragem (Fonte: Desconhecida)

Figura: Solução da infiltração (Fonte: Desconhecida)

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Figura: Solução do efeito destrutivo (Fonte: Desconhecida)

42

Barragens de Enrocamento

Maciço constituído por enrocamentos (blocos de rocha) lançados ou compactadosem camadas com núcleo de material terroso• menor interferência no cronograma de execução• menores volumes de aterro• permitem a adoção de ensecadeira incorporada

As barragens de terra e enrocamento são caracterizadas pelos seguintes elementos principais:• zona de vedação (núcleo)• sistema de drenagem interna• transições• zona resistente (espaldares)

Principal desvantagem:• exigem fundações em rocha sã ou alterada

43


44


Segundo Goulart, uma barragem de enrocamento é um

maciço formado por fragmentos de rocha compactados em

camadas cujo peso e imbricação colocaram entre si a

estabilidade do corpo submetido ao impulso hidrostático. A

impermeabilização é conseguida através de duas maneiras:

- Núcleo argiloso compactado que pode ser vertical ou

inclinado;

- Face impermeável (estanque) sobre o talude de

montante. Essa face pode ser de betão, asfalto, metal,

plástico, etc.

As barragens com face de betão, ou outro material tem

sido motivo de acesas controvérsias devido as más

experiências anteriores, onde ocorrem grandes infiltrações

provocadas por fissurações. Mas essas barragens têm vindo

a ser aperfeiçoadas por apresentarem vantagens como

menor custo e maior rapidez na construção.

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Esse tipo de barragem é aquele em que são utilizados blocos

de rocha de tamanho variável e uma membrana impermeável na

face de montante. O custo para a produção de grandes quantidades

de rocha, para a construção desse tipo de barragem, somente é

econômico em áreas onde o custo do concreto fosse elevado ou

onde ocorresse escassez de materiais errosos e houvesse, ainda,

excesso de rocha dura e resistente. Devemos lembrar que a rocha

de fundação adequada para uma barragem de enrocamento pode

não ser aceitável para uma de concreto.

A rocha que deve preencher a maior parte da barragem precisa

ser inalterada pelo intemperismo, não sendo facilmente

desintegrada ou quebrada. Rochas que, quando sujeitas à ação de

explosivos, fragmentam-se facilmente em pedaços muito pequenos,

com elevada porcentagem de lascas e pó, são igualmente

inadequadas. As rochas para essas barragens, devendo ter

resistência ao intemperismo físico e químico, gnaisse, diabásio, etc.

Os blocos de rocha são colocados de modo a se obter o maior

contato entre suas superfícies e os vazios entre elas, que são

preenchidos por material de menor tamanho.

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Escolha do Local

Segundo a ELETROBRÁS, para se utilizar a tecnologia de

Enrocamento, a usina deverá estar situada em um local com as

seguintes características:

As fundações e laterais do rio devem ser bem definidas,

estáveis e resistentes a estanques;

Deve haver uma grande disponibilidade de rochas e pedras

para utilização na obra;

A largura do vale do rio deve ser a mais estreita possível na

altura da barragem, a fim de economizar material e poupar

trabalho desnecessário;

O local deve facilitar a construção do enrocamento em si, bem

como a construção de acessos a barragem.

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Estrutura Básica

Basicamente, as barragens de enrocamento são constituídas por

um núcleo interno impermeável, circundado por camadas de um

maçico de rochas assentadas.

O enrocamento constitui-se principalmente de um montate de

rochas de vários tamanhos e modelos. Para assentar esse

material e impermeabilizar a mistura, é utilizado um cimento

impermeável na barragem (ELETROBRÁS).

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Estrutura Básica

Barragens de enrocamento necessitam sempre de um elemento

de vedação, uma vez que o coeficiente de permeabilidade de um

aterro de enrocamento é bastante alto. Esse elemento pode ser

basicamente de dois tipos: interno e externo. O elemento de

vedação define o tipo de barragem de enrocamento.

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Barragens de Enrocamento - TIPOS

Enroncamento convencional

O perfil mais comum de uma barragem de enrocamento é

praticamente simétrico em relação ao curso do rio, comparando-

se a disposição das rochas a montante e jusante (Diretrizes para

Projetos de PCH - ELETROBRAS).

Deve haver uma proteção interna na barragem, a fim de

evitar o vazamento do material impermeabilizante das rochas até

o núcleo. Essa proteção é feita juntamente com o processo de

construção do núcleo impermeável, observando-se os possíveis

vazamentos de impermeabilizante para dentro do núcleo.

(Diretrizes para Projetos de PCH - ELETROBRAS).

50


Enroncamento convencional

Um esquema típico do Enrocamento Convencional é mostrado na

figura a seguir:

Hh

trincheira (eventual)

NA máx.

det. 4

a

a - 2,00

0,75hnúcleo

impermeável

0,5H 0,5H

1m1

m2

1

m1H a m2H

0,51

0,51

enrocamento enrocamento

Figura: Barragem de enrocamento convencional

Fonte: Eletrobrás

51


Enroncamento vertedouro

O perfil da barragem “vertedouro” oferece um

enrocamento mais comprido e alongado a jusante,

fazendo com que o peso das pedras se concentre na

parte anterior da usina (montante).

Dependendo da altura da barragem, são utilizadas

duas seções com suas próprias características, como

demonstrado a seguir, sendo a primeira para alturas de

3 a 8 metros, e a segunda para alturas menores que 3

metros.

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Enroncamento vertedouro

Figura: Barragem de enrocamento vertedouro (Fonte: Eletrobrás)

NA máx.crista da barragem

vedação central

área de limpeza

cordões pioneiros

de pedras lançadas

última camada, com pedraselecionada e embricada

tirante d`água

sobre a crista

(máx. = 1,00m)

trincheira(eventual)

crista da barragem

área de limpeza

tirante d`água

sobre a crista

(máx. = 1,00m)

trincheira

e arrumadas

NA variável

cordão central

pedras maiores, selecionadas

brita (próximo dostaludes do cordão)

(eventual)

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Dimensões Básicas

Largura da Crista (a)A largura da crista mínima deverá ser de 3 metros. Se a

barragem for utilizada como estrada, a largura mínima será de

6 metros.

Cota da Crista

•A cota da crista da barragem deve ser igual à elevação do

NA normal do reservatório.

Tabela para cota da crista da barragem

Fonte: Eletrobrás

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Dimensões Básicas

Inclinação dos Taludes

A inclinação dos taludes da barragem de enrocamento

convencional está indicada na Tabela abaixo

Fonte: Eletrobrás

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Detalhes Construtivos Principais

Preparo da Fundação e das OmbreirasO preparo das fundações da barragem e de uma faixa de 5,0 m,

deverá ter uma remoção de terra vegetal até uma profundidade de 20 cm

na área dos cordões e 50 cm na área central. O material removido

deverá ser transportado para locais de bota-fora pré-determinados, fora

do canteiro de obras e do futuro reservatório.

Nas margens ou ombreiras, deverão ser removidos o solo coluvionar

e o material solto.

Caso o material da fundação seja mais permeável que o material

vedante da parte central da barragem, deverá ser escavada uma

trincheira na fundação, como indicado anteriormente para a barragem de

terra.

Após a limpeza, o terreno deverá ser regularizado e a área da base da

barragem deverá ser compactada com um trator de esteiras rebocando

um rolo compactador de 4 t, pelo menos. Deverão ser dadas 10

passadas por toda a área da fundação e no trecho das ombreiras com

inclinação acessível ao trator.

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O corpo dos prismas deve ter mais 50% de pedras com

tamanho superior a 20 cm. As pedras maiores, com diâmetro

mínimo definido no item 7.1.2 - Vertedouro, devem ser

colocadas nos taludes, sobretudo no de jusante. As partículas

menores devem ser deixadas no centro da seção, durante o

espalhamento.

O cuidado na colocação deve aumentar do centro do aterro

para a parte externa. O material da parte central deve ser

proveniente de pedreiras, sem seleção, ou seja, contendo a

fração de materiais mais finos de brita, areia e pó de

pedra/solo.

O material do corpo da barragem, exceto as camadas finais

dos taludes e da crista, deve ser lançado com caminhões

basculante e espalhado com trator de esteiras ou moto-

niveladora.

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Na barragem de enrocamento convencional e na barragem de

enrocamento vertedoura do Tipo I, a compactação da parte

externa deverá ser feita em camadas de 60 cm, através de trator

de esteiras rebocando um rolo compactador com 10 t, ou mais,

ou caminhões carregados, com, no mínimo, 2 passadas em

cada faixa no sentido paralelo ao eixo da barragem. Na parte

central, do material mais fino e menos permeável, deverão ser

dadas 6 passadas. No caso de trincheira, a compactação será

feita manualmente (apiloamento), ou com placas vibratórias

(sapos), em camadas de 10 a 15 cm de espessura.

Na barragem do Tipo II, a parte central deverá ser constituída de

pedras com dimensões não superiores a 20 cm, misturadas com

a fração do material brita, areia e pó de pedra/solo. O material

deverá ser lançado em camadas de 30 cm e a compactação

poderá ser manual.

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Reforço da Crista e dos Taludes da Barragem

As últimas camadas da crista e dos taludes deverão ser

colocadas de forma cuidadosa, visando reduzir os vazios entre

as pedras. Após a colocação, os vazios deverão ser preenchidos

com pedras menores. A compactação dessa camada de reforço

deverá ser feita por duas passadas de trator de esteira

rebocando um rolo compactador com 10 t, ou de caminhão

carregado, ao longo do talude/crista (ELETROBRÁS).

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Barragens de Concreto

Tipos

As barragens de concreto podem ser subdivididas com

relação a sua forma. Existem várias barragens, como segue:

Barragens de concreto a gravidade;

Barragens de concreto em arco (raio constante ou variável);

Barragens de concreto em abóboda;

Barragens de concreto de contrafortes.

60

Barragens de Concreto a Gravidade

As barragens de gravidade dependem inteiramente de

seu próprio peso para resistir à tremenda força da água

armazenada. Algumas das primeiras barragens de

gravidade foram construídas com blocos de alvenaria e

concreto e são conhecidas como barragens de alvenaria.

Hoje, as barragens de gravidade são construídas com

concreto massa ou concreto compactado a rolo (concreto

colocado em camadas e compactado por um rolo).

Esse tipo de barragem é recomendado para vales

estreitos, encaixados, em maciço rochoso pouco fraturado

e com boas condições de fundação. A seção da barragem

pode incorporar o vertedouro quando as condições

topográficas do local dificultarem a concepção de

vertedouro lateral (ELETROBRÁS, 2009).

61


Fig. Barragem de Itaipu

Fonte: JIE

Fig. Barragem de Itumbiara

Fonte: Itumbiara News

62


Fig. Corte transversal de barragem a gravidade

em concreto massa.

Fonte: Desconhecida

63


Forma triangular típica e estabilidade garantida pelo peso próprio da estrutura

64

Barragens de Concreto a Gravidade Aliviadas

A barragem principal da Itaipu é de concreto, do tipo

gravidade aliviada. Durante a concepção do projeto,

foram estudadas opções: de gravidade maciça, de

gravidade aliviada, de enrocamento e em arco.

Após avaliação técnica e geológica, optou-se pela

barragem de concreto do tipo "gravidade aliviada"

para a barragem principal.

Na barragem de concreto, do tipo gravidade aliviada,

enormes “ocos” em seu interior, não prejudicam seu

desempenho estrutural, porém trazem economia

substancial de material e financeira.

65

Barragens de Concreto a Gravidade Aliviadas

66

Barragens de Concreto em Arco

As estruturas em arco resistem com facilidade a cargas

uniformemente distribuídas sobre seu dorso, transmitindo-as para as

suas ombreiras. Nestas condições, as forças decorrentes do impulso

hidrostático são transferidas para as margens e fundo do rio. Para

que possa ser construído este tipo de barragens são necessárias

condições naturais especiais, ou seja, margens altas constituídas por

rochas resistentes e o fundo do rio igualmente em rocha resistente. A

relação entre a largura do rio no local e a altura da barragem não

pode ser maior que 3 a 4. Dadas as suas pequenas secções

transversais, empregam pouco material, de forma que seu peso

desempenha papel secundário no equilíbrio estático. Podem ser

construídas em concreto ou em concreto armado.

67


Fig. Transmissão de forças em

uma barragem em arco

Fonte: Desconhecida

Fig. Barragem de Santa Luzia

Fonte: CNPGB

68


Estrutura delgada e em arco, apoiada em ombreiras e fundações rochosas

Barragem da Usina Sayano-Shushenskaya parcialmente destruída em 2009 - Rússia

Barragem Hoover na fronteira de Nevada com Arizona - EUA

69


Barragem Hoover na fronteira de Nevada com Arizona - EUA

70

Barragens de Concreto em Abóboda

Muitas barragens de gravidade têm uma ligeira curvatura

em plantas, não só porque às vezes é exigida pela topografia do

lugar, mas também é projetada com a finalidade de provocar

pressões tangenciais no arco, sob o efeito da pressão d’agua do

reservatório, de tal forma que possam compensar a retração do

concreto. Esta forma, além disso, pode ser aproveitada para

reduzir o volume da barragem, de modo que os esforços

atuantes sobre a mesma sejam suportados parcialmente, no

plano vertical, pelo perfil transversal da barragem, que age como

construção engastada em sua fundação. O arco é apoiado contra

as encostas do vale que são constituídas de uma rocha sã e

firme (SCHREIBER, 1990, pág. 62).

71


O único material utilizado para a construção deste tipo de

barragem é o concreto armado, mas, devido ao reduzido volume

de material utilizado, torna-se a de menor custo.

Figura- Barragem de Castelo de Bode – Portugal

Fonte: Portugal Fotografia Aérea

72


Fig. Barragem de Alqueva

Fonte: Moura Digital

Fig. Usina de Funil

Fonte: Fenomenum

73


Fig. Planta da barragem de

Alqueva

Fonte: Castelo de Bode

Fig. Perfil da barragem de Alqueva Fonte: Castelo de Bode

74

Barragens de Concreto de Contrafortes

Barragens de contrafortes são formadas por elementos planos

ou curvos que recebem, numa de suas faces o empuxo da água,

transmitindo-o nos apoios a contrafortes que tem perfil triangular

convencional e cuja função é transmitir o peso próprio de toda a

estrutura e demais às fundações. As barragens de contraforte podem

ser rígidas ou articuladas. As rígidas são quando os elementos que

recebem diretamente o empuxo da água são solidários aos

contrafortes, formando um bloco monolítico ou domos múltiplos. Já as

barragens de contraforte articuladas, os elementos que recebem

diretamente o empuxo da água são planos e se apoiam nos

contrafortes (independentes), existindo entre eles juntas de dilatação.

Este tipo também é conhecido como Barragens de Ambursen

(SANDRO; SANTOS; BORTONI, 2009, pág. 153).

75


Uma barragem de abóbadas múltiplas é uma barragem de

contraforte, pois é construída em concreto armado, sendo

formadas por diversas barragens em abóbodas que se apoiam

sobre os contrafortes maciços, cuja função é transferir o peso da

própria estrutura e o empuxo da água às fundações. Este tipo de

barragem necessita de um controle geológico maior.

Fig. Barragem de Itaipu

Fonte: JIE

76


Fig. Barragem de Hume Lake

Fonte: Desconhecida

Utilização de lajes de sustentação ou pilares (contrafortes) ao longo do corpo da barragem

77


Local Adequado

Um local considerado adequado para o projeto de uma barragem de

concreto deverá possuir as seguintes características:

A largura do vale na crista da barragem deve ser a mais estreita do

trecho aproveitável do rio, visando-se reduzir o volume da barragem;

Disponibilidade de pedreiras para obtenção da brita e jazidas de areia

facilmente exploráveis nas proximidades do local;

Facilidade de conseguir cimento em quantidade suficiente na região;

As fundações e as ombreiras devem ser resistentes. O maciço

rochoso deve ser pouco fraturado (1 a 3 fraturas/metro). A camada

aluvionar na região das fundações, caso exista, não deverá ser muito

espessa (≤ 2,0 m), visando não onerar o custo da obra com o serviço

de remoção da mesma;

Facilidade de construção e de acessos.

78


Seção Típica

A seção típica referente a um barragem de concreto é apresentada na

figura a seguir. Registra-se que, na maioria dos casos, adota-se uma

seção com paramento de montante vertical, em função dos cálculos de

estabilidade.

b2b1

B

0,30

1,00

H

Hv

NA máx.

NA normal

superfície do

terreno natural

lâmina vertente


mureta eventual

BARRAGEM DE CONCRETO

1,00

0,50

0,10

0,70

1

1

b1=0,10Hb2=0,70H

Fig. Cotas de uma

barragem de

concreto

Fonte: Eletrobrás

79


Seção Típica

As barragens de concreto devem ser construídas em blocos,

entre os quais deverão ser previstas juntas verticais de dilatação

vedadas contra vazamentos. O trecho do vertedouro deverá ser

rebaixado em altura correspondente à da lâmina d’água máxima

vertente.

Na crista da barragem, no trecho em que não passara a água

(não vertente), deverá ser construída uma mureta de proteção

contra ondas, em concreto ou em alvenaria de tijolos maciços.

80


Seção Típica

O parâmento de jusante da barragem, no trecho vertente,

atualmente, é construído com degraus para dissipar parte da

energia do escoamento vertente. O restante da energia é

dissipado para a jusante sobre o maciço rochoso, quando este é

são, resistente e não fraturado. Quando o maciço é resistente,

mas fraturado, normalmente, escava-se uma bacia (tanque) de

dissipação a jusante, para amortecer o impacto do escoamento

vertente. Quando o maciço é fraturado e pouco resistente, deve-

se protegê-lo com laje de concreto.

81


Dimensões Básicas

Nas Diretrizes para Estudos e Projetos de Pequenas Centrais

Hidrelétricas (ELETROBRÁS, cap. 7), encontramos algumas

dimensões importantes para o estudo de barragens.

Cota da Crista da Barragem

Para barragem com altura menor que 10 m, a cota mínima da

crista deverá estar 1,0 m acima da elevação do NA normal do

reservatório. A mureta de proteção contra ondas deverá ter uma

altura mínima de 30 cm e largura de 20 cm. Para barragem com

altura maior que 10 m, deve-se estimar a borda-livre utilizando-se

os critérios do USBR (United States Department of Interior,

Bureau of Reclamation).

82


Dimensões Básicas

Dimensões da Barragem

Para barragens com altura menor a 10 m, as dimensões da

base são calculadas com base na geometria.

Para barragens com altura maior que 10 m, a estabilidade

da estrutura deverá ser verificada de acordo com os critérios

apresentados na publicação do USBR (United States Department

of Interior, Bureau of Reclamation).

83


Dimensões Básicas

Distâncias entre as Juntas

As juntas entre os blocos da barragem devem estar

espaçadas entre si de no máximo 15 m, para evitar fissuras no

corpo da estrutura.

15,00

crista da barragem

crista do trecho vertedouro

juntas

superfície

da rocha

VISTA DE JUSANTE

(DISTÂNCIA ENTRE JUNTAS)

Fig. Vista de Jusante

Fonte: Eletrobrás

84




As juntas entre os blocos da barragem devem estar

espaçadas entre si de no máximo 15 m, para evitar fissuras no

corpo da estrutura.

O preparo das fundações sob a barragem e de uma faixa de

5,0 m, a montante e a jusante, consiste na limpeza, incluindo o

desmatamento e o destocamento. Deverá ser removido, para

bota-fora, todo e qualquer material terroso ou rocha decomposta,

até ser atingida, em toda a área, a rocha apropriada para

fundação. Entende-se por rocha apropriada a que apresente

boas condições de impermeabilidade, pouco fraturada, que

possa suportar o peso da barragem sem deformações.

Segundo as Diretrizes para Estudos e Projetos de Pequenas

Centrais Hidrelétricas (ELETROBRÁS, cap. 7), são mostrados os

principais detalhes construtivos de uma barragem.

85



Escavação da Fundação

A escavação em rocha será de preferência “a frio”, através de

cunhagem, procurando-se evitar o uso de explosivos, uma

vez que se trata, normalmente, de pequenos volumes.

A escavação deverá ser conduzida de tal forma que a

superfície da rocha, depois de concluída a escavação, se

apresente bem rugosa e plana.

Os trabalhos de escavação só deverão ser dados por

concluídos depois que o local estiver limpo e desimpedido de

fragmentos de rocha, lama ou detritos de qualquer natureza. A

limpeza deverá ser executada utilizando-se jato de água/ar.

86



Tratamento da Fundação

Deverão ser drenados os olhos d’água porventura

encontrados na área da fundação.

Todas as irregularidades da superfície rochosa que formem

taludes negativos ou balanços deverão ser eliminadas; o

espaço deverá ser preenchido com concreto.

Se o maciço for fraturado, deverá ser executada uma cortina

de injeção de impermeabilização típica, com furos primários a

cada 3 m. Se necessário executar furos secundários.

Para reduzir a subpressão deverá ser executada uma cortina

de drenagem típica.

87



Concretagem das Estruturas

Para efeito destas Diretrizes, considera-se que o concreto será

produzido na central do canteiro de obras. Essa central deverá

ter capacidade compatível com o volume de concreto previsto e o

prazo para execução.

O procedimento industrial de fabricação do concreto deverá

atender a uma Especificação Técnica (ET) preparada por

especialistas no assunto (engenheiro estrutural e tecnologista de

concreto). Esse documento incluirá, para todas as fases do

processo (seleção e aceitação dos materiais componentes,

fabricação, transporte, lançamento e cura dos concretos), os

controles a serem obedecidos.

88


INFORMAÇÕES REFERENTES A BARRAGENS DE CONCRETO

Como esta descrito nas Diretrizes para Estudos e Projetos de

Pequenas Centrais Hidrelétricas (ELETROBRÁS, cap. 7), algumas

informações adicionais com relação ao concreto para a construção das

barragens são de importante análise, sendo estas citadas a seguir:

A resistência do concreto deverá ser especificada em função do

dimensionamento estrutural;

Os agregados miúdos (areia) e graúdos (brita e/ou cascalho) deverão

ser de boa qualidade, ter partículas sólidas e duráveis, livres de

impurezas orgânicas de qualquer natureza e de materiais pulverulentos;

O cimento deverá ser armazenado na obra de modo adequado, visando

protegê-lo contra deterioração, em pilhas de no máximo 10 sacos,

durante um período nunca superior a 90 dias, em galpões fechados e

convenientemente ventilados. A data de chegada de cada lote na obra

deverá ser rigorosamente controlada;

89



• A água destinada à preparação do concreto deverá ser limpa e não

deverá conter sais, óleos, ácidos, álcalis e substâncias orgânicas;

• O agregado graúdo (brita) deverá ser proveniente, preferencialmente,

de pedreira ou de cascalheira do leito do rio; o agregado miúdo

(areia) deverá ser proveniente de bancos situados no próprio leito do

rio;

• Em função da realidade do local e das necessidades da obra, os

agregados poderão ser adquiridos de empresas comerciais da região,

caso isso seja atrativo economicamente;

• Os agregados deverão ser estocados em pilhas com sistema de

drenagem eficiente. A contaminação por materiais estranhos e

misturas com modificação da granulometria deve ser evitada;

90



• O concreto deverá ser dosado na central de acordo com as

especificações anteriormente referidas, em função da resistência a

ser obtida. Da central o concreto deverá ser transportado diretamente

para o local de aplicação, procurando-se evitar a segregação dos

agregados, a perda de água de amassamento ou a variação da

trabalhabilidade da mistura;

• O lançamento do concreto só deverá ser realizado sobre superfícies

previamente preparadas e liberadas;

• A colocação deverá ser em princípio, contínua e quando houver

necessidade de juntas de construção, por qualquer motivo, devem ser

observadas as instruções especificadas para tratamento das mesmas

na ocasião da retomada da concretagem;

• Todo concreto deverá ser adensado por vibração;

91



• A superfície concretada não poderá ser exposta à ação de água de

cura antes que tenha endurecido o suficiente, para que não seja

danificada pelo umedecimento;

• Todo concreto deverá ser lançado de uma altura inferior a 2,0 m para

evitar a segregação de seus componentes;

• Cada bloco da barragem será concretado, em princípio, por faixas de

2,0 m de largura, paralelas ao eixo, e em camadas de 40 cm de

espessura, até perfazer 1,5 m de altura;

• Os lançamentos serão sucessivos; cada camada deverá ser

concretada e compactada antes que a camada anterior tenha iniciado

a pega, a fim de evitarem-se juntas horizontais; as superfícies

deverão ser deixadas rugosas a fim de se obter sempre uma boa

ligação com a camada seguinte;

92



• No caso do emprego de vibrador de imersão, este deverá penetrar na

parte superior da camada subjacente, colocada na mesma

concretagem;

• As camadas que forem concluídas num dia de trabalho ou que

tiverem sido concretadas pouco antes de se interromperem

temporariamente as operações serão limpas logo que a superfície

tiver endurecido o suficiente, retirando-se toda a nata de cimento,

bem como todos os materiais soltos ou estranhos;

• Quando a concretagem for suspensa por período de tempo superior

àquele em que se iniciou a pega, será caracterizada uma junta de

concretagem. A localização das juntas de concretagem deverá ser

planejada antecipadamente e a concretagem será contínua de junta a

junta;

93



• Para unir concreto fresco com outro já endurecido, a superfície da

parte já endurecida deverá ser raspada para retirar a argamassa

superficial, o material solto e eventuais corpos estranhos; essa

superfície, lavada e limpa com escovas de aço, deverá ser molhada e

conservada assim até a concretagem;

• As juntas verticais entre os blocos serão do tipo “junta seca” e

deverão ser construídas de modo a permitir absoluta liberdade entre

os blocos. Essas juntas de dilatação deverão ser vedadas, para

minimizar as perdas de água;

• A superfície do concreto será protegida adequadamente da ação

direta do sol e da chuva, de águas em movimento e de agentes

mecânicos, e deverá ser mantida úmida desde o lançamento até, pelo

menos, 14 dias após.

94



• A água para cura deverá ser potável;

• As superfícies de concreto destinadas a ficarem aparentes e que não

estiverem em contato com fôrmas durante a concretagem deverão

ser alisadas enquanto o concreto ainda estiver fresco;

• A desforma só poderá ser iniciada depois de 14 dias.

Documents

Geração de Energia BARRAGENS - UTFPR