CONTENÇÃO DE TALUDES

 BARRAGEM
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É comum confundirmos Barragem com Represa e, muitas vezes, repórteres falam que a "Barragem está cheia" quando, na verdade, quem fica cheio é o reservatório formado pela barragem, pelo represamento, das águas do rio que corre pelo vale.


Vamos definir claramente cada um dos termos usualmente empregados:

BARREIRA: qualquer obstáculo que ofereça dificuldades para a passagem de veículos, pessoas, água, lama, exército, cargas, etc.

Quando o povo de Deus passou para tomar Jericó, a cidade murada, não apresentava passagem. Então, o anjo desfez a barreira e o povo conseguiu tomar a cidade.

O transporte da mercadoria não teve prosseguimento pois a viagem foi barrada no posto fiscal por excesso de carga.

Outros exemplos de barreira:

BARRAGEM: qualquer tipo de construção que serve para barrar a passagem de água ou outra matéria que a gente deseja guardar, armazenar para futuro uso ou que a gente deseja evitar que invada uma área pretegida.

A barragem de Itaipú reserva uma quantidade muito grande de água, barrando o rio Paraná, formando o maior lago artificial do mundo.

DIQUE: barragem construída para evitar a invasão de água em determinada área e mantê-la seca para aproveitamento.

Oa diques da Holanda mantém seco o que era o fundo do mar formando mais de 2/3 do território holandês. O que o povo chama erroneamente de "moinho - máquina de moer grãos" são na verdade bombas eólicas que aproveitando a força do vento bombeiam as águas da parte baixa para o oceano Atlântico (mais alto). Hoje, os geradores eólicos (mais eficientes) substituíram as bombas eólicas.

As tulipas, símbolo da Holanda é a planta que mais ajuda na dessalinização da terra (que era fundo de mar) e fixam os nutrientes (nitrogênio, fósforo e potásio) na terra. Não é à toa que a Holanda procura plantar tulipas em todo pedaço de terra. Diferentemente da barragem, o dique tem o compromisso de não deixar passar nenhuma gota de água, havendo até a história famosa do garoto que ficou a noite toda segurando, com as própria mãos, um vazamento que ele tinha descoberto no dique.

AÇUDE: É a barragem construída para represar a água de um rio afim de serem utilizadas na indústria, na agricultura ou no abastecimento de cidades.

Na região nordeste do Brasil, devido à irregularidade do ciclo hidrológico (tem ano que chove e tem ano que não chove), constroem-se açudes para acumular água quando chove e usar quando não chove, a água que foi guardada.

O açude de Orós, no Ceará, além de fornecer água para o abastecimento público, propicia a pesca, a irrigação da lavoura, o lazer e a prática dos esportes náuticos.

CISTERNA: reservatório construído para armazenar a água da chuva para posterior uso.

Cuidados especiais são tomados para descartar (jogar fora) a primeira chuva pois vem carregada de cocô que as aves e os morcegos deixam no telhado.

Muitas doenças são transmitidas pelas fezes de aves e de outros animais como o rato e o morcego que tem livre acesso aos telhados. Veja algumas dessas doenças: Criptococose, Dermatite, Hantavirose, Histoplasmose, Leptospirose, Ornitose, Salmonelose e Tifo Morino.

A "primeira chuva" que é aquela formada pelas primeiras gotas que caem do céu, promove o amolecimento da poeira acumulada no telhado e "lava" o telhado levando toda a sujeira acumulada (cocô de aves, insetos, gatos, etc.). Quanto maior for o tempo sem chuva maior será a quantidade de sujeira acumulada no telhado. As primeiras gotas, no trajeto entre as nuvens e o telhado, dissolvem as partículas de gases tóxicos existentes na atmosfera das cidades e formam a Chuva Ácida.

Por isso, evite ficar em baixo de Beiral de Telhado que não tenha calha pois a primeira chuva carrega tudo quanto é tipo de vetores transmissores de doença deixados no telhados pelos animais e guardados na poeira acumulada sobre as telhas. A maior parte das doenças são transmitidas pelo simples contato com a pele. Ao fugir da chuva, olhe bem se a casa tem Calha, mesmo que seja apenas sobre a porta, pois a Calha desvia a água do telhado evitando que você receba a água contaminada.

Veja mais sobre a sujeira do telhado em  .

CACIMBA: cova aberta em terreno úmido para recolher a água presente no solo que nela se acumula na forma de lençol freático.

No nordeste e outras áreas que sofrem com a falta de água, a cacimba é uma boa solução desde que a água do solo não seja salobra e que a água depois de bombeada receba uma bom tratamento (físico, químico e  bacteriológico) para torná-la adequada para o consumo do ser humano.

 

RESERVATÓRIO:

Em todo reservatório de água há vida, que chamamos de vida aquática. A vida aquática confere "vida" à água do reservatório fazendo com que a água, além de ser potável, seja saudável, isto é, faça bem para a saúde.

Nos reservatórios ocorre um fenômeno denominado Estratificação Térmica em que as águas ficam dispostas em camadas

Cada uma dessas camadas possui características próprias em função da penetração dos raios solares e da agitação provocada pelo vento. As camadas mais superficiais são mais quentes e mais ricas em oxigênio enquanto que as camadas mais profundas são mais frias, contém menos oxigênio e mais densas e turvas por ter mais partículas sólidas finas em suspensão.

Veja mais detalhes sobre o fenômeno da Estratificação Térmica em .

Os animais aquáticos apresentam características próprias de vida. Assim, o peixe Dourado prefere águas claras e agitadas enquanto que o Cascudo prefere águas profundas e mais frias.

Então, encontramos "camadas" de vida onde determinada espécie vive mais em determinada camada de água no reservatório. Os pescadores sabem muito bem disso e determinam a profundidade do anzol dentro da água conforme o tipo de peixe que querem pescar.

 

VOLUME MORTO:

Nos reservatórios onde armazenamos água para o abastecimento público de água é importante manter uma razoável variedade de vida aquática com uma quantidade considerável de cada espécie.

A água que bebemos não basta "ser potável", é necessário que "seja saudável" e a salubridade é uma característica dada pelos sais dissolvidos, pela quantidade de oxigênio dissolvido e outras características ligadas à saúde das pessoas.

É por esta razão que nos reservatórios de abastecimento de água existem dois tipos de "volumes", um chamado "útil" que é aquele que podemos tirar sem prejudicar a fauna e a flora do reservatório e outro chamado "morto" que é intocável pois afeta a vida aquática. A Tomada d'Água, isto é, o ponto de onde se retira a água fica posicionada numa altura tal que não consegue tirar, mesmo que uma falha humana esqueça de desligar a bomba, a água do Volume Morto, matando toda a fauna e flora que dá vida à represa.

Numa situação crítica é possível retirar o Volume Morto, sacrificando a vida aquática, mas pagaremos um preço muito alto nos anos seguintes pois o repovoamento da fauna e da flora pode demorar muitos anos para acontecer. Enquanto isso, a água fica sem a sua salubridade, mesmo que potável, e não é boa para beber e cozinhar alimentos.

BARRAGEM:

Entende-se como Barragem qualquer obstáculo que colocamos para barrar, impedir, dificultar a passagem da água. Fazemos isso para armazenar, guardar e ter água quando não chove.

Na região nordeste do Brasil, devido ao fato do ciclo de chuvas ser muito irregular, podendo ficar anos sem chuva, os rios chegam a secar. Imagine você precisar da água deste rio e quando for buscar água encontrar o rio seco.

Chamamos de "perenização" a construção de um reservatório que permitirá que o rio tenha água, pelo menos um filete de água mesmo quando a região fica muitos anos sem chuva.

Como a finalidade da barragem é armazenar água, é importante que ela não apresente vazamentos pois um balde furado nunca fica cheio de água.

BARRAGEM DE CONCRETO:

Em outros países, em especial nos EUA, a barragem é feita de concreto. Eles têm dificuldade com a mão de obra e o concreto permite a industrialização através de linha de montagem. Enquanto que uma barragem (de terra) no Brasil emprega 20.000 trabalhadores, nos EUA a mesma barragem, feita de concreto, emprega apenas 2.000 trabalhadores, entretanto, seu custo final é muitas vezes maior.

Além de custar muito mais cara, a barragem de concreto é frágil e pequenos tremores de terra pode trincar o concreto e causar o rompimento da barragem.

Um dos exemplos clássicos de Barragem de Concreto é a barragem HOOVER no rio Colorado nos EUA.

 

No Brasil, existe uma barragem feita de concreto, aliás, é a primeira barragem brasileira, construída para barrar o Rio Cabuçu, no município de Guarulhos-SP:

BARRAGEM DE TERRA:

No Brasil preferimos a Barragem de Terra por vários motivos:

- Emprega mais mão de obra na sua construção. 25.000 pessoas em Ilha Solteira e 70.000 em Tucuruí;

- Apresenta soluções técnicas mais fáceis de serem executadas para a sua estabilidade;

- É mais segura na ocorrência de um tremor sísmico.

A grande dificuldade que encontramos na barragem de terra é controlar o vazamento de água.

No Brasil, um rio não pode ter seu fluxo de água totalmente imterrompido pois o Código das Águas (Decreto n0 24.643 de 10 de julho de 1934) exige que uma vazão mínima seja mantida, que é a quantidade que as comunidades à jusante têm direito.

Mas a terra é um material permeável, isto é, permite a passagem de água. Até aí tudo bem. Acontece que o fluxo da água pelo interior do maciço de terra ocasiona o fenômeno de carriamento de partículas sólidas, isto é, a força da água em percolação consegue remover um grão de terra e carregá-lo junto com a água. Você pode constatar isso quando existe uma mina d'água no pé do talude de jusante e se esta água sai barrenta é sinal de que está sendo formado canalículos e pequenas cavernas transformando a barragem, que deveria ser maciça, em um "queijo suiço" cheio de buracos e, portanto, abaixando a sua resistência.

 

Para impedir o transporte de grão de terra pela água que percola no interior da barragem, construimos um filtro de areia com a função de reter a terra e só deixar passar a água.

Podemos construir uma cortina de vedação para impedir que a água "vaze" pelas fundações da barragem e nessa água que percola pelas fundações também construímos um filtro, chamado cortina drenante, para impedir o solapamento das fundações.

BARRAGEM DE PEDRA:

Quem poderia imaginar que é possivel barrar a passagem da água com pedras?

Pois é, a Barragem de Enrocamento é uma barragem feita de pedras e a água pode circular livremente por entre as pedras.

Para segurar a água constrói-se no meio da barragem uma cortina vedante, que pode ser de argila ou outro material. Atualmente é muito empregado o asfalto pois é muito resistente, não deixa a água passar e, caso ocorra algum deslocamento interno da barragem, o asfalto, por ter flexibilidade, consegue acompanhar o movimento mantendo a estanqueidade. Veja um exemplo de uma barragem de enrocamento com núcleo de asfalto em fase de construção:

 

 

PRINCIPAL PROBLEMA DA BARRAGEM:

De todas as questões críticas que devem ser cuidadosamente estudadas e analisadas pelos projetistas de barragens a mais difícil é a questão da Estabilidade e isto é feito pelas Fundações, ou melhor, pelo solo que irá suportar o peso da barragem.

Preocupações com as fundações eram motivo de estudo até mesmo na antiguidade. No antigo Egito encontramos vários casos de problemas de pirâmides que começavam a afundar no solo, ainda na fase construtiva, devido ao seu grande peso, e que tiveram que diminuir a altura final da pirâmide durante a construção para que seu peso final estivesse dentro da capacidade do solo. A pirâmide de Dashour é um exemplo típico. Sua altura foi alterada pois durante a construção as fundações começaram a dar sinais de não aguentar o peso se mantida a altura inicialmente pretendida.

 

Uma coisa bem lógica é "não colocar sobre o solo um peso maior que a capacidade dele".

Casos em que a capacidade de suporte do solo foi negligenciada são muitos. A Torre de Pisa é um exemplo clássico. Durante a fase de construção a parte já feita começou a inclinar. Estudando o caso descobriram que o solo do local era fraco.

Na china, acharam que não tinha nenhum problema em fazer uma escavação para construção de uma garagem subterrânea bem do lado de um prédio pronto. A escavação afetou a estabilidade da fundação e o prédio, por inteiro, veio abaixo.

 

ERROS COMUNS:

Ainda hoje, encontramos casos em que a capacidade de resistência do solo, onde se assenta a barragem, é negligenciada.

Em matéria publicada no jornal Folha de S Paulo, edição de 08/12/2015, é feita a descrição de "formas de montar uma barragem" como se Projetar, Calcular e Construir barragens fosse um simples brinquedo de montar como Brincando de Ser Engenheiro.

Observe que nenhuma das 4 formas de "montar" é aceitável pela Engenharia mesmo por que não seria possível aproveitar as fundações feitas para a primeira barragem.

Quando queremos ter uma barragem com maior altura, precisamos remover tudo, inclusive as fundações da primeira barragem e construir uma nova fundação capaz de suportar o peso total das 3 barragens.

Veja como deve ser encarada uma eventual ampliação da capacidade de reservação de uma barragem, construindo à jusante uma nova fundação sobre a qual se constroi a nova barragem mais alta:

Muitos aprendem a construir uma obra como se fosse um briquedo de montar onde as peças podem ser empilhadas a bel prazer sem se importar com as fundações. Veja a propaganda de um desses brinquedos:

 

A embalagem recomenda o brinquedo para +3 anos mas não diz, mas deveria dizer, que é proibido para maiores de 10 anos de idade. Muitos adultos, portadores de diploma de engenheiro, não esqueceram do brinquedo e continuam a "montar" as barragens como mostra a matéria do jornal, isto é, sem levar em consideração o aspecto mais crítico de qualquer obra que é a capacidade de suporte do solo:

 

Outro erro comum é considerar o Rejeito de Mineração como uma matéria de comportamento de líquido, quando na verdade o rejeito não é nem sólido e nem líquido, sendo um material que ainda não teve suas propriedades totalmente pesquisadas. O peso específico, por exemplo, varia muito de um minério para outro e uma barragem que serve para conter rejeito da mineração da bauxita não serve para conter o rejeito da mineração da hematita pois a hematita pesa quase o dobro da bauxita:

PESO ESPECÍFICO DE ALGUNS MATERIAIS:

Água - 1 tonelada por metro cúbico

Terra - 1,8 toneladas por metro cúbico

Concreto - 2,2 toneladas por metro cúbico

Granito - 2,7 toneladas por metro cúbico (minério do tântalo)

Bauxita - 3 toneladas por metro cúbido (minério do alumínio)

Magnetita - 5 toneladas por metro cúbico (minério do ferro)

Hematita - 5,3 toneladas por metro cúbico (minério de ferro)

Por isso, quando pensamos (e isto é concepção) em construir uma barragem para segurar um reservatório levamos em consideração o peso dos materiais, isto é, o peso do rejeito e o peso da barragem pois é bem intuitivo que o mais pesado é que tem que segurar o mais leve:

 

A granulometria também afeta o comportamento do maciço do reservatório pois na mineração, o minério é moído bem fino para que o processo de decantação consiga separar as partículas. As partículas muito finas tem comportamento diferente como a farinha se comporta de forma diferente do amido de milho quando misturado com água.

A areia fina, bem fina, quando apertada, em vez de expulsar a água, tende a absorver mais água. Você pode observar isso quando pisa numa areia bem fina pois em volta do pé a gente vê que a superfície ficou sem água.

Isso acontece por que a areia fina porosa apresenta um comportamento chamado de Não-Newtoniano.

A experiência da garrafa contendo, numa delas, um fluído Newtoniano como uma areia grossa e, na outra, um fluído Não-Newtoniano, como uma areia bem fina mostra que ao apertar a garrafa, na que contém o fluído Newtoniano o nível da água sobre e na outra o nível desce.

Então, a barragem de um reservatório de rejeito de mineração fica recebendo força "prá-fora-e-prá-dentro" conforme o rejeito exposto às intempéries aumenta ou diminui a umidade, num movimento de vai-e-vem que acaba por derrubar a barragem.

 

Outra situação comum é quando se esquece da Terceira Lei de Newton, que fala do Princípio da Ação e Reação, e personagens de história em quadrinhos ou de cinema se apoiam em prédios ou no próprio chão sem danificá-los:

 

Veja mais detalhes sobre a construção de barragens em:

- Estabilidade de Taludes .

- Dimensionamento de Barragens .

- Governo do estado de Minas Gerais vai proibir ampliação de barragem de rejeito pelo método à montante. Veja mais detalhes em http://noticias.uol.com.br/cotidiano/ultimas-noticias/2016/01/11/minas-gerais-vai-proibir-metodo-de-barragem-usado-pela-samarco.htm

 

O ROMPIMENTO DE UMA BARRAGEM:

Veja a sequência em que costuma ocorrer a ruptura dos diversos componentes de uma barragem de rejeitos:

 

O vídeo que foi divulgado nas redes sociais sobre o rompimento da barragem de Brumadinho mostra o comportamento distinto entre a lama da barragem, que é de terra e de cor avermelhada, e a lama do rejeito que corre atrás, de aparência mais escura.

ASSOREAMENTO E POLUIÇÃO:

Os maiores problema de um reservatório são:

- A poluição de suas águas;

- O assoreamento do reservatório.

ENCARANDO A POLUIÇÃO: 

A poluição é de fácil controle pois não existe, na natureza, fontes de poluição e toda poluição é causada pelo ser humano.

Na Inglaterra, na década de 70, ao ver o rio Tâmisa poluído, as autoridades trataram de baixar leis severas proibindo o lançamento no rio de qualquer tipo de poluente, principalmente do esgoto doméstico. Lá, eles partilham do conceito de que se o rio está poluído é por que alguém jogou poluente no rio e se ninguém jogar lixo no rio, ele estará limpo como era antes da chegada do homem.

Hoje, o rio Tâmisa é orgulho nacional e muitas atividades aquáticas, inclusive turísticas, são realizadas no rio.

Na França foi feita uma restrição semelhante. Na década de 70, ao detectar os efeitos nocivos da poluição, as autoridades baixaram leis severas e aplicaram volumes imensos de recursos para dotar todos os municípios de Estações de Tratamento de Esgoto. Com isso, em poucos anos, o rio já tinha recuperado a sua saúde e salmões passaram a subir o rio Sena para a desova anual.

 

ENCARANDO O ASSOREAMENTO:

Ao contrário do problema da poluição das águas cuja solução depende apenas de ações das autoridades, o problema do assoreamento é mais complexo.

O desmatamento descontrolado e a construção de cidades sem o cuidado com a erosão do solo está carriando milhões de toneladas de terra e areia para dentro dos rios e reservatórios causando, paulatinamente, a colmatação dos nossos recursos hídricos.

Veja um grave problema que está matando, aos poucos, a Lagoa dos Patos .

 

DIMENSIONAMENTO:

É o cálculo que o engenheiro faz para saber se uma barragem, seja ela de terra, de pedra ou de concreto vai resistir às foças que atuam sobre ela. Barragens altas retém um grande volume de água. Alturas de 80 ~ 100 metros são comuns nas barragens brasileiras. A de Itaipu, por exemlo, segura uma altura de água de 125 metros, isto equivale a um edifício de 40 andares.

Este tipo de cálculo foge muito do cotiano e, em geral, as faculdades de engenharia não ensinam como é feito, ficando apenas nas estruturas mais comuns como lajes, vigas, pilares, estacas e blocos de fundações.

Costuma-se empregar um método pouco conhecido que se chama Método dos Elementos Finitos, que envolve milhões de cálculos e por isso mesmo requer o emprego de computadores. O método pode ser empregado para analisar as tensões e deformações numa superfície plana (mais simples) e também num corpo tridimensional. Baseia-se no príncípio de que qualquer corpo quando submetido a uma força sofre um deslocamento, a Lei de Hooke:

Qualquer corpo, sólido líquido ou gasoso, pode ser considerado como sendo constituído por milhares de pontos onde age um vetor com uma grandeza qualquer:

Esta grandeza pode ser uma qualquer como por exemplo:

 

 

Qualquer grandeza, pode ser decomposta em três direções ortogonais:

Podemos conhecer a relação entre os vetores que agem em dois pontos:

 

O Método dos Elementos Finitos divide o corpo em partes menores, num processo denominado discretização e estabelecendo as regras que agem entre dois elementos é possível estudar a distribuição do fluxo dos vetores, sejam eles temperatura, velocidades e esforços mecênicos.

Veja algumas das aplicações práticas do Método dos Elementos Finitos empregado de forma pioneira na década de 70 em obras da engenharia nacional:

TENSÕES E DEFORMAÇÕES NA
BARRAGEM DE TERRA
TENSÕES E DEFORMAÇÕES
NA TOMADA D'ÁGUA

Infelizmente, o emprego deste método só é possível na disponibilidade de computadores com grande capacidade matemática. O cálculo das tensões e deformações na Barragem de Terra da Usina de Ilha Solteira, por exemplo, foi feito sobre um sistema de equações lineares com 25.000 equações e 25.000 incógnitas, feito pioneiro em 1973.

Veja mais detalhes sobre a problemática do dimensionamento de barragens em .

 

NOTA DO AUTOR:  Este site foi desenvolvido e é mantido por abnegado engenheiro que tendo participado do projeto das barragens de porte como a Barragem da Hidrelétrica de Ilha Solteira e lecionado engenharia de segurança na UNICAMP por mais de 19 anos além de outros projetos como a Hidrelétrica de Itaipú e Tucurui, além de ter gerenciado o Laboratório de Construção Civil do IPT, o Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo, disponibiliza sua experiência profissional dirigindo a estudantes e apreciadores de conhecimento sobre a prática de construção e manutenção de barragens. Por sua finalidade pedagógica, o conteúdo do site pode ser livremente copiado, distribuído e impresso. Só não pode ser pirateado, isto é, copiado e divulgado como se fosse de sua autoria. Conheça mais detalhes sobre a vida profissional do autor clicando aqui.

RMW\talude\barragem.htm em 29/11/2015, atualizado em 03/03/2019.

    RMW-482-11/12/2019