A BARRAGEM E A PAISAGEM , OU A BARRAGEM E 0

SITIO DE SUA IMPLANTACAO

Eng4 Paulo Teixeira Da Cruz

Consultor Independente

RESUMO

O presente trabalho discute principios do projeto do Barragens do Terra a Enrocamento - Secoestipicas de varias partes do mundo, Escolas do Projeto, Transferencia de Tecnologia, o papel doConsultor e o papel do Projetista. Sugere solucoes alternativas do menor custo para algumasbarragens.Aspectos climeticos , geogreficos e do mein ambiente sao considerados.

1. INTRODUcAO

Partindo do principio que so se fala do que se sabe(embora muita gente passe a vida falando do que ouviudizer) seria viavel identificar-se uma Escola de Projetode Barragens , ou identificar uma Barragem maisCaracterlstica de urn Pais , ou de uma DeterminadaRegiao Geografica?

Esta questao torna - se muito importante , porque a ne-cesserio avaliar ate que ponto a experiencia de projetoe construcao de barragens de um pals ou de uma regieoe transplantavel a outros paises ou regioes diferentes.

2. ESCOLAS DE PROJETO

Para ilustrar o problema consideremos alguns tipos debarragens que se repetem com uma certa frequenciaem determinados passes ou regiOes.• BARRAGEM PRESIDENTE ALEMAN - Mexico -

semelhante a Barragem de Oros - Brasil Fig. 1.

• BARRAGEM COUGAR - Oregon - USA, nao muitodiferente da Barragem de FURNAS - Brasil Fig. 2.

• Famosa BARRAGEM DE SELSET ( Inglaterra) comos mesmos drenos horizontais de areia da Barragemde LAS PALMAS - Venezuela Fig. 3.

• A Barragem de HYTTEJUVET na Noruega, comnucleo delgado como na Barragem de BALDER-HEAD da Inglaterra Fig. 4.

• Barragem da OGAKI, no Japao , de perfil analogo aoda Barragem de OUCHI, tambem no Japao. Fig. 5

• Barragem do MIRA em Portugal , de mesma con-cepcao da Barragem do CHIBA, que por sua vez seacrescida de um dreno interno vertical , resultaria naBarragem do VIGARIO (TERZAGHI ). Fig. 6.

• Barragem de LLYN BR IANNE no Pais de Gales, como mesmo principio de nucleo umido da Barragem deMONASAYU da Ilha Fidji no Pacifico . Fig.7.

• Barragem de VOLJSKAYA que encontra similar emmais vinte barragens construldas na ex - UndoSovietica Fig. 8.

• E finalmente a Barragem de FOZ DO AREIA cornface de concreto e semelhante a muitas do generoFig. 9.

Estas barragens sao em si muito diferentes, e todascontem detalhes elaborados e fundamentais ao desem-

penho das mesmas . Sao barragens esteveis, a oscoeficientes de seguranca de projeto nao devem diferirem muito. Apenas as Barragens do HITTEJUVET e ade BALDERHEAD, exigiram reparos no nucleo a seremdiscutidos a seguir.

As questoes a serem colocadas sao:• Porque uma determinada barragem tern um deter-

minado perfil? e neo outro?

• Estes perfis refletem uma ESCOLA DE PROJE-TOS?

• Ou estes perfis refletern a experiencia acumulada deum pals, ou de uma regieo geografica. E quando umdestes perfis a transplantado de seu pals de origemPara outro de outra latitude ate que ponto ele setorna econ6mico?

Vejamos:

A Barragem de PRESIDENTE ALEMAN a tipica doMexico . Nucleos amplos e enrocamento de cascalhonos espaldares.

Sera que na regiao de Oros havia solo suficiente e abaixo custo Para um nucleo de solo argiloso tao amplo?

As barragens multi-zoneadas, como e o caso deCOUGAR, que a tipica de muitos projetos do U.S.ARMY CORPS OF ENGINEERS, seria a melhorsolurao para a Barragem de FURNAS? Nao a facilexecutar uma obra multi-zoneada, corn especificag6esconstrutivas em geral diferenciadas Para cada zona.

XX Seminario Nacional de Grandes Barra ens

A Barragem de SELSET , reflete a preocupagdo inglesacom pressOes neutras elevadas das argilas sedimenta-res e quase saturadas da Inglaterra . Mas sera que emCaracas , num clima quente e umido , e num pals desolos residuals , os problemas seriam da mesma gra-vidade?

No desenho 10, reproduzo dados climaticos da Norue-

ga, onde o verso tern temperatura digna do invernobrasileiro na regiao sul . Neste clima justifica-se urnnucleo delgado , nao pela total falta de solo , como pelospoucos meses do ano , em que a agua nao congelacriando enormes dificuldades na compactacao. Massera que na Inglaterra , o problema a semelhante? Osacidentes que ocorreram nestas barragens (ruptura donucleo ) estao longamente discutidos na literatura e naoe o caso de rediscuti - los, mas aprendeu-se que nem naNoruega deve-se executar barragens com nucleos taoreduzidos.

Quern olhar para o tratamento da fundacao das bar-ragens japonesas ficaria chocado, porque em obrassemelhantes , em outras partes do mundo , nunca se feztanta injegAo , mesmo em rochas mais permeaveis. 0que a preciso registrar a quo a Barragem de OGAKI com84,5 m de altura , mantem uma vazao regularizadasmedia de 2 , 01 m3/s, e a de OUCHI com 102 m, eresponsavel por uma vazao media anual do 0,16 m3/s,e tern um vertedor para a vazao de 176 m3/s.

0 custo da agua deve justificar o custo das injeg6es.

Qualquer barragem brasileira de mais de 50 m de altura,mantem vazoes regularizadas de algumas centenas demetros cubicos.

As barragens homogeneas sao muito antigas, saosimples e existem em todo o mundo . A introducao dodreno vertical por Terzaghi na Barragem do VIGARIO,e na Barragem que tempo seu nome , tern sido usadadesde entao no Brasil e no mundo . E interessantemencionar que em 1916 foi executado um dreno verticaldo cascalho graduado na Barragem de SHERBURNELAKE ( USA), sem no entanto , a ligagao classica comum dreno horizontal.

Barragens "Hidraulicas" tipicas da ex-Uniao Sovietica,vem sendo executadas corn sucesso em regioesassismicas em rios de grande vazao, ombreiras suaves,e fundagbes em areias finas e mOdias , e que saodragadas do leito do rio para a construgao da barragem.

Num clima frio e umido, de precipitagao anual beendistribuida do pouco mais de 1000 mm /ano, comoocorre no Pais de Gales , e em muitas das regioes daGra-Bretanha , e num comego de saculo com poucosequipamentos de terraplanagem, a barragem de en-rocamento com nucleo umido ( umidade - L.L.), ganhouadeptos e foi pisoteada pela bota dos "convictos"(prisioneiros ) no inicio do s6culo . Ja na Ilha de Fidji noPacifico com precipitagao anual de 4000 mm, numacerta face das montanhas , uma solugao semelhante foiadotada , por sugestao de uma firma inglesa de projeto.

Nao seria uma alternativa adequada as obras do RioIguacu , como solugao competitiva a da barragem deenrocamento corn face de concreto?

Dai se ve , quo todo projeto encontra a sua explicagao,e que se um determinado tipo de obra a tao repetitiveem certos passes , e/ou regioes geograficas, nao 6 por

falta de criatividade dos projetistas , mas porque estedove ser econ6mico e adequado.Existem escolas de projeto? E dificil de dizer . Existemprincipios de projeto , detalhes construtivos, critOrios defiltro, de rip -rap, de compactarcao, etc., mas a escola deprojetos, parece ter muito a ver com as pessoas, com apratica e com a economia de cada pals.

Os materiais disponiveis, o clima da regiao , a geologiae a hidrogeologia do local , os tipos de equipamentos erecursos de laboratorio , o custo da mao de obra, alegislacao local referente a leis sociais, e a segurangada obra , as condigoes economicas a os prazos cons-trutivos , alem dos aspectos politicos e demagogicos,acabam por ser determinantes na escolha de um perfilde barragem . Soma -se a isso os recursos humanos e aexperiencia dos projetistas e das empreiteiras.

Ha barragens que nao ferem a paisagem , e ate fazema paisagem mais aprazivel a acolhedora, como e o casoda Barragem HOOVER no meio do deserto americano,e he barragens que agridern a vista , e criam problemasambientais desnecessarios.

As Barragens de EDGARD DE SOUZA a PIRAPORA,que tiveram o sou tempo e a sua estoria, hoje sao maisum estorvo na vida do paulistano , que volta e meia einundado pelas Aguas do Tietd . Esperamos que o taltunel da Barragem de PIRAPORA , ajude a minorar oproblema.

3. 0 SITIO GEOGRAFICO E A BARRAGEM

Em regioes onde ha excesso de solo, ombreiras suavese clima favoravel , a barragem de terra quase que seimpoe . So o filtro vertical da A barragem a marca deBarragem Brasileira das regioes centro - sul e sul.Em regioes arias , onde ha excesso do rocha, valesmais fechados , e clima seco , a Barragem de En-rocamento a quase nativa e espontanea.Ja em regioes de clima temperado , onde o solo a raro,as temperaturas sao baixas e o inverno a longo, asBarragens de Enrocamento com face impermeavel tor-nam-se atraentes.

E em vales abertos , em grandes planicies aluvionaresarenosas , a quase imperiosa a Barragem Hidraulica.Em climas de muita chuva, onde os solos estao sempreem umidade elevada , pr6ximo da saturagao, as bar-ragens de nucleo umido, ou as barragens de terra comdrenagem nos espaldares sao solugoes preferenciais.Ora, se as condicionantes do local , somadas aos jamencionados no item I , sao determinantes do tipo debarragem , e ja se foi o tempo de "inventar " segoes debarragens, como as da figura 11, o que a que sobra aoprojetista?

E 0 esta questao que eu me proponho a respondernesta sessao do Congresso.

4. O PROJETISTA

Por sorts , restam ainda alguns aspectos muito impor-tantes:E prec;sn antes d!e mais nada conhecer been os

P_tit^ rru_ .:_ Qc4. Nao faz muito tempo,

2 XX Seminhrio Nacional de Grandes Barragens

al pelos idos de 1960 quando os calculos por elementosfinitos comecaram a ser utilizados em projetos, umestudante de Berkley se propos a estudar o compor-tamento da Barragem de Salto Oz6rio (PR- Brasil).Tratava-se de um nucleo em solo residual de basaltocompacto e espaldares de enrocamento de basaltotambem compactados . No estudo foram adotadosm6dulos de compressibilidade para o nucleo e para oenrocamento na relacao 5:1 ou 10:1.

Os cfilculos resultaram num quadro totalmente desfa-voravel , com todos os problemas possiveis de distribui-cao e transferencia de tensoes.

A barragem foi construida e os deslocamentos medidosmostraram que o nucleo da Barragem era mais rigidodo que antecipado , a que o enrocamento era muito maiscompressivel do que so previu.

Se dados de outras obras tivessem sido utilizados nos

calculos , os resultados levariam a conclusoes quase nadirecao oposta.O exemplo ilustra a import6ncia de se aprender sobresolos e enrocamentos a partir de dados locais.

Um 2° problema a ser devidamente avaliado 6 da poten-cialidade de solos compactados desenvolverem pres-saes neutras construtivas. Qualquer engenheiro inglesacostumado a lidar com solos de elevado grau desaturacao in natura, estasempre preocupado com pres-saes neutras . Ja o engenheiro brasileiro que estatistica-mente trabalha corn solos lateriticos , que se localizarnacima do N.A., sabe que se o solo for compactadopouco abaixo da umidade 6tima de Proctor Normal, quenunca ocorrerao pressoes neutras nas suas barragens.E nao se preocupa com isto.

Esta despreocupacao resultou na ruptura no final doperiodo construtivo de um pequeno volume de aterrocompactado (em comparacao com o volume total da

obra ) do talude de Montante da Barragem Cocoreb6(BR). 0 material de empr6stimo utilizado nesse trechoda obra , era do origem aluvial , encontrava -se numaregiao sujeita a oscilacoes do N.A. e tinha as caracte-risticas do comportamento dos solos que desenvolvempressoes neutras.

Engenheiros de regioes de altas latitudes, acostumadoscom rochas sas e estaveis , devem se surpreender aoencontrarem rochas bas6lticas , de elevada resistsnciano processo de escavacao a que em poucos meses seexpostas em superficie transformam - se em areias.

Barragens fundadas em folhelhos , at6 resistentes, sur-preenderam os projetistas , com deslocamentosm6tricos das fundacoes em pianos nao detectados debaixissima resist@ncia a obrigaram a abatimento detaludes , ainda superiores aos praticados em barragensapoiadas em argilas moles . (Bar. WACO USA e GAR-DINER Canada) - Figura 12.

A 29 funcao do projetista 6 de identificar os problemasrelacionados 6 construcao de barragens : considerandoas condicoes clim6ticas do local . E o que eu digo aosmeus alunos : "N&o basta projetar , 6 preciso saber comoconstruir". Um caso tlpico 6 o da Barragem de CAPIVA-RI-CACHOEIRA, construida na Serra do Mar, a aproxi-madamente 80 km da cidade de Curitiba - PR. Abarragem tem seccao homogenea de solo compactado

e filtro vertical (fig. 13). Projeto simples, e jA testado eminumeras obras da regiao do Planalto. As condicoes

climaticas locais (neblina , chuva, e baixas temperaturasno inverno) tornaram a obra extremamente morosa,com baixa produtividade na compactadao.

0 eng . Murilo Ruiz , de alma criativa, estudando umprojeto pr6ximo da cidade de Registro em local com 250dias de chuva por ano , 50 de neblina e outros tantosinadequados a terraplenagem , sugeriu que se empre-gassem tecnicas de construcao usadas em aterrosrodoviarios e ferroviarios da regiao , e que apesar doclima, foram realizados ate com sucesso.

Dai surgiu o projeto da Barragem de ELDORADO(CRUZ, P.) mostrado na figura 14, e no qual se propOsutilizar o que se chamou da Barragem de ConstrucaoControlada . Lamentavelmente a obra ainda nao foiconstruida.

0 exemplo ilustra um importante principio de projeto, ouseja, a busca de uma solucao alternativa, que seja def6cil execucao.

Embora os volumes da alternativa de barragens comconstrucao controlada fossem 80% superiores ao deuma barragem de aterro compactado de forma conven-cional , provavelmente resultaria numa obra mais econo-

mica, porque exequivel em 3 ou 4 anos, contra 8 ou 12da solucao convencional nesse local.

Um terceiro ponto onde o projetista desempenha umpapel fundamental 6 no detalhamento do projeto.

Ao projetista cabe dar pesos (valores ) pr6prios aosvirios "elementos" ou "zonas" que comp6ern uma bar-ragem.

Por exemplo , elementos sao: os drenos ; as transicoes;as protecoes de talude ; os tratamentos de fundacbes;que podem incluir injecoes; drenagem; trincheiras; re-moc6o de camadas ; o problema de sismos ; a mesmo o

nucleo a os espaldares.

Na maioria dos casos, o custo unitario de um dreno oufiltro vertical em areia, pode alcancar 10, 20, 50 e 100vezes o custo do solo compactado , ou o do enroca-mento.

O custo de um rip-rap pode representar algo como 10%do custo do aterro compactado.O tratamento da fundacao de uma barragem pode impor

prazos construtivos, que desloquem o cronograma daobra de 4 a 8 meses , o que poderia ser evitado se asetapas construtivas da obra fossem reavaliadas.

Cabe ao projetista definir o que 6 essencial 6 perfor-mance da barragem , como por exemplo o sistema dedrenagem interna , mas ao mesmo tempo buscar mate-riais alternativos de drenagem , que cumpram as mes-mas funcoes a que sejam mais baratos , ou de execucaomais simples. Por exemplo, 6 sernpre possivel trocarbrita 1 e brita 3 por uma camada unica, mais espessade urn "cascalho de basalto ", ou de um subproduto debritagem , conhecido como bica corrida . Areias "impor-tadas " podem ser substituidas por areias artificiais. Eporque nao considerar o use de geotexteis a geogre-Ihas, por exemplo.

O ernprego de crit6rios rigorosos do filtro, paratransicoes granulom6tricas de rip - rap, ou areas internas

XX Seminario Nacional do GrandesBarragens 3

entre zonas de barragens podem levar a um detalha-mento desnecessario muito oneroso, de dificil execu-cao, e numa proporcao razoavel de casos, dispensavel.

A solucao do rip-rap em camada unica segregada subs-titui perfeitamente a sequencia convencional de cama-das multiplas de areia, brita 1, brita 3 e enrocamento,sempre que se trate de protecao de solos argilososcoesivos compactados, e taludes de montante sujeitosa oscilag6es lentas de N.A.

Os tratamentos do fundacao sao pr6digos em exemplosde solug6es dispensaveis e ineficientes, muitas vezesexecutadas por desencargo de consciencia, ou por faltado investigag6es adequadas na fase de projeto. Ora ocontrole do fluxo pela fundacao de uma barragem a taoou mais importante do que o fluxo que ocorre pelapr6pria barragem, e quando ha problemas de fluxo, osha na fundacao.

Como a barragem a feita, a sempre possivel impor ocontrole necessario. JA na fundacao, o problema etotalmente diverso.

Uma investigacao adequada de uma fundacao a requi-sito fundamental para o sucesso da obra.

Uma economia na fase de investigacao nas fundacoes

do uma barragem, nunca pode ser compensada, portratamentos convencionais mesmo conservadores, por-que se houver um problema especifico nao detectadona fase de projeto, ha um grande risco do mesmo nao

ser devidamente corrigido por um tratamento conven-tional.

Nao e a toa que a maioria dos problemas de "piping"que ocorre em barragens, ocorrem nas fundacoes.

E mais uma vez of entra o projetista na funcao deapontar o que a essencial, fundamental, o que nessafundacao efetivamente dove ser feito, e a coragem denao fazer t1ada, onde os tratamentos usuais sao merospaliativos, de custos elevados e beneficios altamentediscutiveis,

5. CONCLUSOES

Destas avaliaroes o que queremos salientar a que numprojeto de barragem, a adequadao do projeto as condi-coes locais, e ate a paisagem a fundamental. E neces-sario aprender o que a natureza tern a nos oferecer.

Por outro lado, cabe ao projetista esgotar todos os seusrecursos tecnicos, e toda sua capacidade criativa, emdefinir aquilo que a essencial, cuidar dos detaches,cuidar da economia da obra, e dispensar corajosa-mente, o que a superfluo e inutil.

A experiencia a fundamental, mas a humildade do

aprender a essencial para a evolucao do conhecimento.

Como dizia Martinho Lutero: "peca forte, mas cre mais

forte ainda".

4 XX Seminario Nacional do Grandes Barragens

EIXO DA BARRAGEM

BARRAGEM PRESIDENTE ALEMAN

-,,s--EIXO DA BARRAGEM

BARRAGEM DE OROS

0 20 40 50 m

FIGURA 1

XX Seminario Nacional de Grandes Barragens 5

PROTEQAO EM ROCHASELECIONADA

TRANSI9AO EM PEDREGULHO

BARRAGEM DE COUGAR

0 4C loom

ROCHA

BARRAGEM DE FURNAS

FIGURA 2

0 40 80 100 m

6 XX Seminario Nacional de Grandes Barragens

0 20 40 60 80 m

BARRAGEM DE SELSET

COTAS

(m)

330

320

31

30290

280

27

240230

10.00

N.A.

RIP-RAPS 3

275,0

RANDOM

ALUVIAO

CORTINA DE INJEFAO

1

325 0031500/

25,00

L 20

DRENOS ^i

NUCLEO ARGILOSO

0 20 40 60 80 100 m

BARRAGEM DE LAS PALMAS

FIGURA 3

-11

TAPETES DRENANTES

0- 2 Y9 5 0^^ 28500

2 -fl 2= 25.00RANDOM I ^i

XX Seminario Nacional de Grandes Barragens

640

620

COTAS

(m)

340

320

300

280

260

CASCALHO' "AREIA

BARRAGEM HYTTEJUVET

ARGILA C/ MATACOES

BARRAGEM BALDERHEAD

0 20 40 60 80 100 m

FIGURA 4

8 XX Seminr; rio Nacional de Grandes Barragens

500

400

300

ENROCAMENTO' \ / F'-CORTINA DE INJEQAO

CORTE TI PI CO500

TRANSIqA0420,00

Mn

300 CORTINA DE'uVJEcAO^3,]^"

PERFIL AO LONGO DOEIXO DA BARRAGEM

j /^%// lillll/j/I, /' tldllr,^t

Lot" ^. J

BARRAGEM DE OUCHI

COTAS(m)

170

130

90

ENSECADEIRA

CORTE TI PI CO

COTAS(m)

200

150

100

50

V EERT OQURO^ Iltil

IIIII A-KIII I ^`

/IIIII IY` Ks'7h-1

0 100 200 300 m

PERFIL AO LONGO DO EIXO DA BARRAGEM

BARRAGEM DE OGAKI

FIGURA 5

0 40 80 loom

XX Semingrio Nacional de Grandes Barragens 9

115 00^

65,00 SOLO COMPACTADO

ENROCAMENTO

0 .?0 12C m

BARRAGEM DO MIRA

0

BARRAGEM DE CH I BA

20 40 50 m

0 20 40 50 m

BARRAGEM DO VIGARIO ( TERZAGHI }

FIGURA 6

10 XX Seminerio Nacional de Grandes Barragens

COTAS

(m)

280

260

0 4C 3: -CO m

BARRAGEM DE LYNN BRIANNE

COTAS

(m)

750

EIXO DA BARRAGEM

TRANSIGAO / FILTRO0 40 80 100 m

BARRAGEM DE MONASAVU

FIGURA 7

XX Seminerio Nacional de Grandes Barragens 11

SOLO LAN^ADO SOBREAQUATICO. FILTRO INVERTIDO

ENSECADEIRA DE FECHAMENTO

BARRAGEM DE VOLJSKAYA(XXII REUNIAO DO K I1 CC )

FIGURA 8

(12 EST" 0SOLO COMPACTADO

PROTEQAOARGILOSA

0 40

BARRAGEM DE FOZ DO AREIA

FIGURA 9

80 100 m

12 XX Seminerio Nacional de Grandes Barra ens

1

INVERNON

VERAO

1 1 0 +2°C > 16°C I ll llll lll. < 400

0 - 4°C 8 14 16°C Li 400 800

ffm - 4 -8°C Mffi 12 14°C U/rill 800 1 200

-8 -12°C 10 12° C 1 200 1 600

fas. < -12°C 1 600 2000

2000 2 400

> 2 400

FIGURA 10

XX SeminBrio Nacionaldo Grandes Barragens 13

MURO DE CONCRETO

BARRAGEM DE TWIN FALLS

COTAS

(M)

130

120

EIXO DA BARRAGEM -^

110 REVESTIMENTO DE CONCRETO

MURO DE CONTEN^AO

BARRAGEM DE GEN. SAMPAIOCOTAS(m)

320 317,00 N.A.

128, 50

0 G 40 50m

0 20CORTINA DE CONCRETO

BARRAGEM ENGENHEIRO AVIDOS

( EX PIRANHAS )

FIGURA 11

40 50 m

14 XX Seminerio Nacional de Grandes Barragens

COTAS (m )600

/SE¢AO ORIGINAL

/ 562736

1200

ZONA DE CISALHAMENTO - 0 100 200 300 m

BARRAGEM DE GARDINER

FIGURA 12

EIXO DA BARRAGEM

820.00FILTRO

COMPACTA DO

ENROCAMENTO ENROCAMENTO

0 40 80 100 m

BARRAGEM CAPIVARI - CACHOEIRA

FIGURA 13

12 MODI FICA;AO

MODIFICAc O FINAL

XX SeminBrio Necional de Grandes Barragens

RANDON OU SOLOS SILTOSOS

SOLOS GRANULARES FILTRO/ TRANSI;XO

40 80 100 m

BARRAGEM DE ELDORADO

FIGURA 14

CUTOFF DE CONCRETO'-ARGILA RIJA IMPERMEAVEL

0 10 20 30 m

BARRAGEM SHERBURNE LAKES

FIGURA 15

16 XX Semingrio Nacional do Grandee Barragens