BARRAGENS NA ENGENHARIA : Tipos e Patologias

       As barragens são construções extremamente comuns em todo o mundo, elas são utilizadas desde o início das civilizações com intuito, principal, de armazenar água para períodos de seca. Mas, atualmente, elas têm diversas outras finalidades como geração de energia e contenção de rejeitos. Desse modo, essas obras são muito importantes para a sociedade e nós preparamos um conteúdo explicando quais são as componentes estruturais das barragens, os tipos principais tipos, para que são utilizadas e quais são as suas patologias.

Componentes estruturais da barragem

Barramento: barramento é a estrutura principal de retenção, podendo ser composto por diversas técnicas construtivas.

Crista: a crista é a parte superior da barragem. Sua largura é determinada pelo nível de tráfego sobre ela, mas, nunca deve ser inferior a 3 metros. A altura da barragem deve ser no mínimo igual ao nível máximo da água somado a borda livre definida em projeto para aquela barragem.

Borda livre: é a distância vertical entre a crista e o nível máximo do reservatório, ela faz parte da segurança contra o transbordamento.

Taludes de montante e jusante: Talude de montante é a parte da barragem que ficará diretamente em contato com a água, desse modo necessita de cuidados especiais na sua manutenção. O talude de jusante é o lado oposto ao de montante.

Ombreiras ou encontros: são pontos de contato entre a barragem e o terreno natural, esses pontos costumam ser mais sensíveis em termos de resistência a ações erosivas.

Vertedouros: são estruturas hidráulicas que servem para controlar o nível o do reservatório, permitindo o fluxo de água da montante para jusante. 

Fundação: é a base na qual a barragem se apoiará e para qual devem ser estudados os efeitos das forças aplicadas sobre a barragem.

Tipos de barragens

      As barragens podem ser classificadas considerando diversos critérios, mas os mais utilizados são: de acordo com o tipo de material de construção e de acordo com o comportamento estrutural.

De acordo com o tipo de material de construção

• Barragens de terra: são utilizadas desde os tempos antigos para armazenamento de água, mas, atualmente, também são utilizadas para a contenção de diversos outros materiais. Elas podem ser compostas por dois tipos de terra: homogênea e zoneada. As barragens de terra homogênea são compostas por um único tipo de material, esse insumo precisa ter uma certa impermeabilidade para garantir a formação de uma barreira que contenha a água. Já as de terra zoneada são compostas por um núcleo de material impermeável envolto em zonas de materiais que são considerados mais permeáveis, mas, que protegem e suportam o núcleo, as zonas permeáveis são constituídas por areia, cascalho ou fragmentos de rocha, ou uma mistura desses materiais.

• Barragens de enrocamento: Nesses tipos de barragens são utilizados blocos de rocha com tamanhos variáveis, alocados de maneira a se obter o maior contato possível entre as suas superfícies, e os vazios são preenchidos com um material menor, além disso, na face de montante (lado em contado com água) é adicionada uma manta de impermeabilização. O tipo de rocha que deve compor a maior parte da barragem precisa ser resistente, não sendo desintegrada ou quebrada por ações como intemperismo físico ou químico. Geralmente, essas barragens são construídas em locais onde o custo do concreto é elevado e não existem matérias terrosos suficientes disponíveis, desse modo, a barragem de enrocamento se torna a opção mais viável economicamente.

      Além disso, dentro desses dois tipos, temos as barragens a montante, a jusante, e linha de centro. Esse são métodos utilizados quando a barragem precisa ser ampliada. A figura 5 mostra os três métodos, a montante, a jusante, e linha de centro, respectivamente. O método a jusante é, com certeza, o mais seguro, mas também o mais caro. O método a montante geralmente é utilizado para barragens de rejeitos, quando os rejeitos já estão sedimentados é construído a ampliação em cima dos próprios rejeitos, é método mais barato, mas também o mais instável, ele foi utilizado nas duas barragens que se romperam em Minas Gerais nas cidades de  Mariana ( em 2015) e Brumadinho (em 2019). O método a linha de centro é menos seguro que a jusante, mas, ainda sim, tem uma estabilidade bem próxima e é bem mais barato.

De acordo com o comportamento estrutural

• Barragens de concreto – gravidade: utiliza o próprio peso para manter a sua estabilidade transferindo as cargas recebidas para a sua fundação. Esse tipo de barragem é o mais resistente, de menor custo e pode ser adaptada para vários locais, porém, a sua altura é limitada pela resistência da fundação uma vez que ela receberá o peso da estrutura e as forças que são aplicadas pela água.

  

  • Barragens de concreto – arco: esse tipo de barragem é pouco comum no Brasil, pois, seu comprimento deve ser pequeno e necessita de vales com encosta rochosas e de alta resistência para suportar os esforços aplicados na barragem e que serão transferidos para as encostas. Elas são muito utilizadas em países europeus, onde os vales são profundos e estreitos.

    

     

Patologias ou anomalias em barragens

       De acordo com a Resolução ANA 742/2011, anomalia é “qualquer deficiência, irregularidade, anormalidade ou deformação que possa vir a afetar a segurança da barragem, tanto a curto como a longo prazo”. Portanto, anomalia é qualquer comportamento anormal da estrutura, alertando para a necessidade de uma ação para que a barragem retorne ao seu estado natural.

Patologias em barragens de concreto

• Fissuras ou trincas: Fissuras ou trincas são anomalias físicas que surgem quando as forças de tração aplicadas na estrutura superam a resistência a tração do concreto. Nesses casos, surgem fissuras que dividem o concreto em duas ou mais partes, podendo ocorrer tanto na superfície quanto no interior da estrutura. Essas trincas permitem infiltrações com maior facilidade, desse modo, contribuindo para o surgimento de mais patologias provocadas pela ação da água que está passando. As causas mais comuns são: movimentos no interior do concreto (esses podendo ser por retração/secagem ou mesmo expansão por variações de temperatura e reações químicas) e condições impostas externamente como terremotos ou recalque diferencial da fundação.

• Expansão: esse tipo de deterioração química é consequência da formação de novos compostos na massa do concreto endurecido, juntamente com o aumento do volume. Alguns compostos de difícil dissolução, provenientes da pasta de cimento, recristalizam os poros do concreto, se esses cristais ocuparem espaços maiores que os poros acabam causando expansões que geram forças de tração, podendo romper a estrutura de concreto. As principais causas dessas patologias são reações álcalis-agregado e sulfatos. Nas reações álcalis-agregado os álcalis agregados do concreto (sódio, potássio) presentes na pasta de cimento podem reagir com a sílica dos agregados causando o aumento do volume. As deteriorações por esse tipo de reação caracterizam-se pela expansão com fissuras aparentes na superfície do concreto. Já as reações sulfatos não são muito comuns em barragens, mas são uma das principais causas de deterioração do concreto, desse modo, podendo acontecer em barragens mesmo que com baixa frequência. Esse tipo de reação é altamente expansiva, causando fissuras no concreto, tornando-o friável, de baixa resistências e exposto a penetração de outros agentes agressivos.

• Lixivação ou dissolução: esse é um tipo de corrosão da estrutura causada pela dissolução progressiva da pasta de cimento endurecido. Alguns compostos facilmente solúveis acabam sendo lavados do concreto, devido ao acesso contínuo da água, causando perca de materiais. Esse tipo de patologia pode ser detectado pelo surgimento de eflorescências (manchas brancas lineares ou pontuais) na superfície do concreto, se o processo de lixiviação for contínuo pode ocorrer a formação de estalactites. Caso as eflorescências tenham cor castanho-avermelhadas, elas podem ser provenientes da corrosão do aço das armaduras, mas, em alguns é possível que sejam resultantes do carreamento de matéria orgânica ou argila presentes na água do reservatório. Desse modo, é necessário coletar o material dessas eflorescências e realizar um estudo da sua composição para que seja detectada a causa do seu aparecimento.

• Corrosão da armadura: a deterioração do concreto por corrosão pode ocorrer de duas maneiras. A primeira é por redução de seção da barra de aço, comprometendo a segurança da estrutura. A segunda é por fissuração do cobrimento do concreto na direção à barra corroída. Devido as corrosões na barra de aço e a geração de ferrugem surgem forças de expansão causadas pelo aumento de volume, podendo causar lascamento no concreto, o que favorece a penetração de agentes agressivos.

  

• Desalinhamentos e deslocamentos diferenciais: esse tipo de patologia está relacionada com a movimentação da estrutura. Essas movimentações podem ser de dois tipos: desalinhamentos (qualquer variação em relação à configuração estrutural original) ou deslocamento diferencial (movimento de uma parte da estrutura com em relação as outras partes da mesma estrutura). As principais causas para essas patologias são: recalque da fundação, subpressão não prevista na estrutura, reações químicas no concreto com expansão do material ou efeitos térmicos.

• Infiltrações: são fluxos de água passando pelas estruturas. As principais causas desses vazamentos são fissuras, vedajuntas deficientes ou rompidos, concreto deteriorado, juntas de construções mal tratadas ou tubulações mal vedas.

Patologias em barragens de terra

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  • Recalques, fissuras e trincas: como as barragens de terra ou enrocamentos são constituídas por materiais terrosos compactados em camadas, elas possuem características que permitem que, com o passar do tempo, ocorra acomodação das partículas das partículas e consequentemente dessas camadas. Essas acomodações provocam a ocorrência de movimentos verticais dirigidas para baixo, essas movimentações são consideradas normais até determinado ponto, que pode ser previsto em projeto, mas a partir desse ponto crítico podem ocorrer encontros de estruturas ou materiais diferentes, comprometendo a segurança da barragem. Geralmente, esse tipo de problema costuma gerar trincas ou fissuras nas barragens, permitindo a infiltração de água e outros agentes, o que pode levar a barragem ao rompimento.

• Surgência: denominamos surgência quando a água que passa pelas estruturas das barragens surge em local não previsto, essa água presente em locais inadequados pode alterar as propriedades do material utilizado, como a coesão entre as partículas, gerando instabilidade na barragem. Esse tipo de patologia, geralmente, é causada por entupimento das drenagens ou falhas no projeto construtivo.

• Erosão: acontece quando algum fluído, geralmente água ou ar, provoca carreamento do material da barragem. Normalmente, a ação de escoamento da água da chuva provoca a formação de ravinamentos que progridem e dão origem a erosões maiores. Também pode o ocorrer um fenômeno denominado piping, que é um tipo de erosão interna que acaba criando canais dentro da estrutura que facilitam ainda mais o carreamento de materiais e mais infiltrações, esse fenômeno, geralmente, é causado por vazamento nas estruturas de drenagem ou devido a infiltrações na barragem. Esse fenômeno é tido como a provável causa para o rompimento da barragem em Brumadinho, em que os rejeitos contidos sofreram uma liquefação (tiveram suas caraterísticas modificadas, tornando-se mais líquidos) e causaram infiltrações na barragem.

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REFERÊNCIAS

Cardia, Rubens Ramos. Curso segurança de barragens Módulo II: Inspeção e auscultação de barragens. Disponível em: < https://capacitacao.ead.unesp.br/dspace/bitstream/ana/110/22/Unidade_1-modulo2.pdf >. Acessado em 31/01/2019.

Prof. M. Marangon, D. Sc.  Tópicos em Geotecnia e Obras de Terra: Unidade 5 – Barragens de terra e encoramento. 2004. Disponível em: < http://www.ufjf.br/nugeo/files/2009/11/togot_unid05.pdf >. Acessado em: 31/01/2019

Figuras 3, 4, 6, 7 – Fonte: Stephens, Tim. Manual sobre pequenas barragens de terra. 2011. Disponível em: < http://www.fao.org/3/a-ba0081o.pdf >. Acessado em: 03/02/2019.

Figuras 8, 9, 10, 11, 12, 13 – Fonte: Cardia, Rubens Ramos. Curso segurança de barragens Módulo II: Inspeção e auscultação de barragens. Disponível em: < https://capacitacao.ead.unesp.br/dspace/bitstream/ana/110/22/Unidade_1-modulo2.pdf >. Acessado em 31/01/2019.

Figura 2 – Fonte: Carvalho, David. Barragens: uma introdução para graduandos. Maio/2011. Disponível em: < http://professor.pucgoias.edu.br/SiteDocente/admin/arquivosUpload/15030/material/barragem_terra_1.pdf >. Acessado em: 03/02/2019

Figura 1 – Fonte: Disponível em: < https://www.dw.com/pt-002/as-maiores-barragens-de-%C3%A1frica/g-37932892 >. Acessado em: 03/02/2019.

Figura 5 – Fonte: Santos, Altair. Tragédia em MG gera debate sobre construções de barragens. Disponível em < http://www.cimentoitambe.com.br/tragedia-em-mg-construcao-de-barragens/ >. Acessado em: 05/02/2019.