Barragens de terra: princípios construtivos · Principais elementos de uma barragem de terra....

Barragens de terra:

princípios construtivos

AILDSON DE OLIVEIRA – 2015105554

AK ONE BERNARDO – 2015105580

AMANDA NICOLETTI – 2015105798

ANNA CAROLINA – 2015105553

ÉDIPO MONTE – 2015105562

RENAN QUINTINO – 2015105574

Prof.: Samuel de Assis Silva

25/06/18

1UNIVERISIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO

CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA RURAL – DERU

CONTRUÇÕES RURAIS – ENG05259

Temas abordados

1-Introdução:

Importância;

Habilitação técnica;

Principais elementos de uma barragem deterra;

Dimensionamento da barragem;

2-Construção da barragem:

Marcação do local de construção;

Maquinário a serem utilizados;

Equipamento e técnicas de compactação;

Construção do aterro;

Construção do canal desarenador emonge/torre;

Limpeza e preparação do local;

Canal extravasor;

Construção do aterro;

Técnicas de alteamento;

3-Casos especiais:

Barragem de terra utilizando materiais debaixa qualidade;

Aterro já existente com problemas depercolação;

Barragens com descarregador de cheiacentral em pedra;

Estimar a capacidade de uma barragemaumentada em altura;

4-Obras de acabamento:

Exigências de controle;

Muros-guia;

Procedimentos de manutenção;

Árvores e arbustos;

Erosão

5-Considerações finais;

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INTRODUÇÃO 3

Introdução

As barragens são importantes em uma propriedade rural em épocas

de menor precipitação, para suprir a demanda de água;

Em épocas de muita chuva, são usadas na regularização do curso de

rios evitando estragos causados pelo grande volume de água;

Também podem servir para a criação de peixes e também como

fossa para águas residuais.

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Importância

Introdução

Dentre as inúmeras áreas de

atuação dos engenheiros

agrônomos, publicadas no D.O.U

em 19 de Agosto de 2013,

encontra-se o planejamento e

construção de barragens.

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Habilitação técnica

Introdução6

Principais elementos de uma barragem de terra

Introdução

Maciço:

É a própria estrutura da barragem. Construído transversalmente ao

curso d’água é a parte responsável por reter a água:

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Introdução

Taludes do maciço:São as faces laterais e inclinadas, paralelas ao eixo do maciço;

Talude de montante - lado que fica em contato com a água, mais

inclinado para permitir maior estabilidade do aterro. Recomenda-se

declividade de 2,5 : 1;

Talude jusante: lado que não há contato com a água. Deve ter

declividade de 2 : 1.

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Introdução

Crista do maciço:

É a parte mais elevada do maciço, na inexistência de trânsito

pesado ou outros fatores que condicionem a largura do maciço, pode-

se usar a seguinte equação:

Onde:C= Largura da crista do maciço;

H = Altura da barragem;

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𝐂 =𝐇

𝟓+ 𝟑

Introdução

Base do maciço:

Consiste na projeção da crista e dos taludes de montante e jusante

sobre a superfície do terreno.

É a área do terreno sobre a qual se coloca o aterro. O comprimento

da base do maciço (B), em metros, pode ser calculada por:

𝐁 = 𝐂 + (𝐙𝐦 + 𝐙𝐣) × 𝐇

Onde:B = largura da base do maciço (m);

C = largura da crista da barragem (m);

Zm = projeção horizontal no talude de montante;

Zj = projeção horizontal no talude de jusante;

H = altura da barragem (m).

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Introdução

Espelho d’água:

Área da represa, superfície d’água acumulada no reservatório.

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Introdução

Borda livre ou folga:

Distância vertical entre o nível da água, quando a represa estiver

cheia, e a crista do maciço ou do aterro.

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Introdução

Núcleo central:

Necessário quando o material para a construção do maciço não é

bom ou quando há uma camada arenosa no leito do local. O núcleo

central deve ter predominância de argila que intercepte a trajetória da

água.

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Introdução

Fundação:

Constitui-se em uma vala ou trincheira que é preenchida com terra

devidamente compactada, construída transversalmente ao curso

d’água e no eixo da barragem.

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Introdução

Drenos:

Servem para manter a linha de saturação abaixo do pé de uma

barragem de terra, isto é, dentro de seu corpo, ou para reduzir a

subpressão hidráulica.

Os drenos são colocados, geralmente, no terço final do talude de

jusante.

As camadas periféricas devem ser de areia grossa,e cascalho miúdo,

aumentando-se o tamanho do material à medida que se caminha para

o centro

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Introdução

Desarenador:

Objetiva principalmente manter a vazão ecológica do curso d’água,

a eliminação dos depósitos do fundo, bem como o esvaziamento do

reservatório.

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Introdução

Altura da barragem:

Distância vertical entre a superfície do terreno que recebe a

barragem e a superfície da água no reservatório, por ocasião da

ocorrência da vazão máxima de projeto do extravasor, acrescida de

uma borda livre ou folga.

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Introdução

Sistema extravasor:

O sistema extravasor de uma barragem corresponde basicamente a

construção de uma estrutura com dois objetivos:

a) permitir o escoamento da vazão máxima de enchente;

b) proteção do local de restituição das águas vertidas ao curso

d'água.

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Canal extravasor

Canal desarenador

Introdução

Tomada de água:

É a estrutura para captação da água represada.

Pode apresentar diversas formas, entretanto, as mais comuns são

aquelas construídas diretamente no corpo da barragem ou por meio de

torres de tomada inseridas na represa.

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Introdução

Requer estudos hidrológicos prévios

da bacia:

Vazão máxima de cheia;

Vazão mínima de seca;

Vazão média;

Volume de armazenamento

necessário à regularização de uma

determinada vazão, em uma

região hidrográfica.

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Dimensionamento da barragem

Introdução

Estimativa da vazão máxima de cheia e de volumes de regularização emreservatório:

O dimensionamento deve ser feito corretamente:

Superdimensionamento: custos serão muito elevados, o que poderá causar ainviabilização da obra;

Subdimensionamento: se o extravasor for subdimensionado haverá maior risco deruptura;

Para que seja feito o dimensionamento dos extravasores, utiliza-se a vazãomáxima de cheia;

As vazões médias mensais são usadas na estimativa de volumes deregularização nos reservatórios;

Volumes superdimensionados: quantidade de água armazenada será desnecessária,e poderia ser usada para outros fins;

Volumes subdimensionados podem gerar conflito pelo uso da água;

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Introdução

Identificação no campo de uma bacia hidráulica capaz de

armazenar o volume de regularização estimado e determinação da

altura da barragem:

O volume da bacia de acumulação deve ser determinado após a

obtenção do levantamento da área a ser inundada.

Em bacias de pequena área, a diferença de altura entre as curvas

de nível pode ser de 1m, enquanto em bacias maiores essa diferença

pode ser de 5m ou mais.

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CONSTRUÇÃO DA BARRAGEM23

Construção da barragem

Porque fazer?

Evitar limpezas desnecessárias;

Evitar perdas da marcação;

Evitar translocação de solo

desnecessárias;

Verificar no campo onde serão oscortes e aterros;

Diminuir $;

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Marcação do local de construção


Como fazer?

As estacas do eixo deverão ser instaladas nas extremidades do aterro e a cada

variação de elevação. Para cada variação em elevação, uma estaca

correspondente (estaca par).

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Construção da barragem26



O que deve ser considerado na escolha?

Os maquinários disponíveis e as condições de operação;

Distâncias a que os materiais tem que ser transportados;

Tamanho e tipo da barragem a ser construída;

O tempo que se dispõe para construção;

O custo.

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Maquinários a serem utilizados


Em pequenas e médias barragens:

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Bulldozers:

Podem ser usados,

problemas com:

• compactação

• estratificação.

Trator de pneus:

• Menor custo

h/maquina;

• Maior tempo de

execução;

• Compactação

melhor com lastro.

Pá carregadeira:

• Maior custo

h/maquina;

• menor tempo de

execução;

• Boa compactação.

Escavadora:

• Maior custo

h/maquina;

• menor tempo de

execução;

• Facilita cortes e

aterros.


Em casos especiais podem ser necessários:

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Caminhão basculante:

para transporte de terra e

sedimentos.

Rolo compactador Trator com arado


Técnicas

A compactação ideal do solo, cria maior resistência ao cisalhamento entre

camadas de terra;

O solo deve estar úmido;

Solos secos, devem ser molhados ainda na área de retirada, para poupar

tempo, evitando molhas entre as camadas de terra;

As técnicas de compactação devem reduzir a espessura da camada em pelo

menos 25%.

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Equipamentos e técnicas de compactação


Equipamentos e técnicas de compactação

Rolos pé de carneiro Rolos vibradores

Placas vibratórias

Rolo compactador

Compactação animalSapo


Núcleo/Trincheira de vedação:

Largura da trincheira, mínima de

2m;

A escavação deve atingir material

impermeável, como argila ou

rocha solida;

Esta prática tem por objetivo

evitar a percolação da agua

armazenada;

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Construção do aterro


Núcleo/Trincheira de vedação

Solo argiloso deve ser depositado em todo comprimento da trincheira;

Camadas de 75-100mm, para melhor compactação;

Compactação pode ser feita pelo próprio trator (pneus cheios de agua) ou

outras ferramentas mais apropriadas;

Tanques com agua, auxiliam na rega do terreno, possibilitando maior

compactação;

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Núcleo/Trincheira de vedação


Desarenador

Feito no inicio da obra, após a abertura e enchimento da trincheira de vedação;

O comprimento do desarenador deve ser superior que a maior base da

barragem;

Geralmente, utiliza-se manilhas de concreto armado CA;

Diâmetro calculado para permitir que a vazão não seja completamente

barrada;

Tubos interligados e rejuntados com argamassa, e assentados com declividade

constante;

Anéis de concreto na junção entre uma manilha e outra;

Realizar boa compactação ao redor da tubulação, para evitar um caminho

preferencial da água.

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Construção do canal desarenador e monge


Canal desarenador

Hazen-Williams

𝐷 =𝑄

0,279 × 𝐶 × 𝐽0,54

0,38

em que:

D = diâmetro da tubulação, m;

Q = vazão escoada;

C = coeficiente de rugosidade de HW;

J = perda de carga unitária m/m;

𝐽 =𝐻𝑑2𝐵

em que:

Hd = altura da lâmina de água acima

do desarenador, m;

B = base da barragem ou

comprimento do desarenador, m;


Monge/torre

Controla a altura da lamina de agua na barragem;

Geralmente, feito de alvenaria e concreto armado.

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Construção do canal desarenador e monge/torre


Área alagada:

Retirar toda a vegetação presente, na área alagada, com como na área de

aterro;

Remoção de uma camada superficial de 100mm de solo, onde existe mais

matéria orgânica;

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Limpeza e preparo do local


Áreas de empréstimo:

Demarcadas antes do inicio da execução do projeto, se possível, com

caracterização do solo dada por analises de um laboratório;

Remover a camada superficial, com mais matéria orgânica;

Não escavar e menos de 10m do pé de aterro, para evitar risco de percolação;

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Áreas de empréstimo:

Durante a retirada do solo, monitorar quanto a sua qualidade;

Núcleo da barragem: material de melhor qualidade, 20-30% de argila, pois este

terá maior compactação;

Maciço jusante: pode-se utilizar materiais mais grosseiros, para que permita a

drenagem;

Maciço montante: solo com menor porcentagem de argila, para que permita

alguma impermeabilidade;

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Feito antes do inicio da construção do aterro;

No projeto, determinar inclinação necessária do canal;

Evitar que maquinas trafeguem neste, para que não se obtenha áreas

compactadas;

Camadas compactadas estão mais sujeitas a erosão;

O canal deve possuir no seu fundo, material de boa qualidade,

coberto por capim, reduzindo a erosão;

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Canal extravasor


Em barragens de terra o sistema mais recomendado é um canal

lateral construído fora do aterro, em terreno firme, em uma das

laterais do maciço, com fundo situado em cota mais elevada em

relação ao leito natural do rio.

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Dimensionamento do sistema extravasor:


Dimensionamento do sistema extravasor:


Aterro

Construído após a trincheira de vedação atingir o nível do solo;

Utiliza-se, na maioria dos casos uma grade, visando boa adesão entre o solo já

presente na área e o próprio aterro;

Muito cuidado para utilizar o material correto, no local correto;

No talude montante, recomenda-se molhar a superfície para auxiliar a

compactação;

Monitoramento das dimensões e limites dos aterros desde o inicio do precesso;

Ao atingir a altura do projeto, utiliza-se mais solo na parte central da crista, pois

esta sofrerá maior assentamento, deixando-o de forma convexa;

Ligeira inclinação da crista para o lado montante, para que a agua das chuvas

se dirija para o reservatório;

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Aterro


Aterro

Nas ultimas camadas do aterro, pode-se utilizar solo de boa qualidade, de forma

a permitir o rápido crescimento da cobertura vegetal;

Pode-se ate utilizar esterco para auxiliar no desenvolvimento da forragem

utilizada;

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Dreno


Durante o assentamento, a crista da barragem deve estar próximo à

horizontal

Nos primeiros meses de funcionamento, fazer inspeções para corrigir

sobre-assentamento ou assentamento desigual;

Enchimento com solo superficial e com capim, normalmente são

suficientes.

Materiais mais grosseiros: aumentar a margem de assentamento,

normalmente em ate 15%.

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Monitoramento


Quando há necessidade de aumentar a capacidade de

armazenamento da barragem;

Muito utilizado em barragens de rejeito de minério;

Há riscos envolvidos:

Necessita de acompanhamento técnico experiente;

Três métodos principais:

Alteamento a montante;

Alteamento a jusante;

Alteamento de linha de centro;

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Técnicas de alteamento


Técnicas de alteamento: alteamento a montante


Técnicas de alteamento: alteamento a jusante


Técnicas de alteamento: alteamento de linha de centro

Técnicas de alteamento57

ESCOLHA DA TÉCNICA DE ALTEAMENTO

CRITÉRIO TÉCNICO

CRITÉRIO AMBIENTAL

CRITÉRIO ECONÔMI-

CO

CRITÉRIO SOCIAL

CRITÉRIO LEGAL

MAIS IMPORTANTE

DO QUE A TÉCNICA

ESCOLHIDA, É A

QUALIDADE DO

PROJETO E SUA

EXECUÇÃO

CASOS ESPECIAIS58

Casos especiais

Construção com condições adversas;

Necessitam de conselho técnico especializado e supervisão;

Sem aconselhamento técnico e com condições muito adversas deve-

se reduzir a altura do aterro ao mínimo necessário;

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CUSTO (RISCO)

BENEFÍCIO

Casos especiais

Na falta de solos argilosos:

Terra de formigueiro devidamente tratada;

Vertissolos: misturar com solos grosseiro, evitar variações rápidas no nível de

água;

Construir o aterro com uma inclinação o mais economicamente

pequena possível;

1:2 na fase jusante;

1:2,25 a1:2,5 na face montante;

O material mais grosseiro deve ser aplicado na face jusante do

núcleo;

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Barragem de terra utilizando materiais de baixa qualidade

Casos especiais 61

Barragem de terra utilizando materiais de baixa qualidade

Terra de formigueiro Vertissolo Solo arenoso

Casos especiais

Problemas sérios!!!

Água suja escoando da face jusante!!

Solo de má qualidade;

Má compactação do aterro;

Impermeabilizar o aterro na face montante:

Com um tapete de argila de 0,25-1,00 m de espessura;

Com mantas apropriadas;

Instalar drenos a montante;

Monitoramento constante:

Instalação de piezómetros;

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Aterro já existente com problemas de percolação

Casos especiais63

Geomembrana e piezômetros

Instalação de geomembrana Piezômetro instalado em crista de barragem de terra Piezômetro

Casos especiais64

Barragens com canal extravasor de alvenaria

Casos especiais65


Casos especiais66


Casos especiais67

Caixa dissipadora de energia

Casos especiais68

Caixa dissipadora de energia e colchão reno

OBRAS DE ACABAMENTO69

Obras de acabamento

Necessárias para manter a barragem em boas condições,

prolongando sua vida útil;

Devem ser inspecionadas ao menos uma vez por ano, se possível

antes no período das chuvas, sendo reservado um período para os

reparos;

Depois de cada tempestade, revisar o canal verdetor, para evitar

erosão do canal.

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Exigências de controle

Obras de acabamento

Podem ser necessários para manter a água das cheias longe do pé

do maciço jusante;

Utilizados com o mesmo declive do aterro principal;

Não pode reduzir a área original do canal vertedor, para manter a

mesma capacidade de escoar a água;

Faz-se um enrocamento de pedras ao final do aterro principal, bem

como aos lados internos dos muros-guia.

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Muros-guia

Obras de acabamento

A manutenção é de suma importância para barragens agrícolas uma

vez que o seu uso e muitas vezes imediato após sua construção.

Check list:

Cobertura de capim;

Vedação;

Assentamento;

Percolação e Drenagem;

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Procedimentos de manutenção

Obras de acabamento

É essencial a escolha de uma boa cobertura vegetal;

Deve ser uma espécie rastejante:

Quicuio (Urochloa humidicola);

Estrela roxa (Cynodon nlemfuensis);

Gramas;

Capim;

Plantada em toda a superfície de terra nua;

Implantação o mais rápido possível para evitar erosão;

Deve ser mantido denso e curto;

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Procedimentos de manutenção: Cobertura de capim

Obras de acabamento 74

Procedimentos de manutenção: Cobertura de capim

Obras de acabamento

Acesso de animais, pessoas e veículos devera ser restrito a área do

descarregador/vertedouro, descargas e aterro:

Manter a vegetação;

Minimizar erosão e problemas eventuais;

O caminhamento provoca trilhos onde um possível escorrimento

superficial por chuva podendo provocar erosão nos taludes do

aterro.

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Procedimentos de manutenção: Vedação

Obras de acabamento

Assentamento: O efeito gerado após o termino da construção de

reposicionamento do montante de terra a uma estrutura homogênea

e adensada;

O tempo característico a esse efeito é por volta do primeiro ano

depois da construção, ocorrendo em pontos mais altos da barragem,

onde se tem maior massa e maiores pressões.

Monitoramento constante das depressões:

Assegurando o nível horizontal;

Evitando concentrações de agua nos pontos mais baixos;

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Procedimentos de manutenção: Assentamento

Obras de acabamento

Só se tornara um problema se interpuser o aterro a erosão na área de

jusante afetando sua estabilidade;

Sinais de escoamento de agua suja podem ser indícios de matérias

particulado finos sendo erodidos, levando a erosão interna ou

abatimento da estrutura;

Tornado necessário a instalação de drenos antes da construção do

aterro mantendo a jusante bem drenada e seca;

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Procedimentos de manutenção: Percolação e drenagem

Obras de acabamento

Deve ser vedado o crescimento de arvores, arbustos e outras plantas

de raízes profundas em lugares perto ao aterro, vertedor e no sua

desembocadura;

Árvores no aterro não melhoram a estabilidade do solo, sendo após

mortas e decompostas, suas raízes formam dutos de

enfraquecimento;

Em caso de estabelecimento de arvores deverão ser cortadas,

queimadas ou uso de químicos para acelerar decomposição,

removidos sinais remanescentes, preenchidos com terra,

compactados e restaurados para a predisposição do projeto;

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Árvores e arbustos

Obras de acabamento

Recorrente em barragens onde os cuidados de manutenção devidos

não foram seguidos:

Falta de cobertura com capim;

Pisoteamento do aterro e vertedor por animais;

Aparecimento de canais de estiagem no vertedor;

Toda erosão devera ser tratada restaurando as áreas afetadas as

condições de projeto;

Os canais de estiagem devem ser prevenidos com o uso de tubos

para conduzir fluxo de rios sazonais ou perenes que um determinadas

épocas serpenteiam o vertedor;

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Erosão

Considerações finais

As barragens são muito importantes para o fornecimento de água

para humanos, animais e para a agricultura em geral, bem como

para a manutenção de cursos d’água e contenção de enchentes.

Devem ser bem planejadas e executadas por um profissional

competente riscos a sociedade e ao meio ambiente;

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