Barragens de engastamento no fundo

Aula 12 - Geologia aplicada às
barragens
Ensecadeiras e cortinas
de contenção de cheias
são Barragens de
engastamento no fundo.
São temporárias.
Tipos de barragens
•Barragens de engastamento nas ombreiras;
•Barragens de engastamento no fundo;
•Barragens de gravidade em concreto;
•Barragens de contra-fortes em concreto;
•Barragens de enrocamento com face de concreto
•Barragens de terra.
Barragens em arco (abóboda)
•A forma em curva faz com que as pressões sejam transferidas para as
ombreiras;
•O vale deve ser estreito e regular com relação entre o comprimento da crista e
a altura máxima menor do que 5;
•Exigem grandes escavações para atingir a rocha sã e para garantir o suporte
adequado;
•Os esforços sobre a fundação são maiores (no fundo e nas ombreiras);
•A estabilidade depende da geologia, principalmente descontinuidades da rocha
nas ombreiras.
UHE Funil
UHE de Hoover
Barragens de engastamento no fundo
UHE Ernestina
Barragens de gravidade em concreto
•São empregadas quando se dispõe de fundação competente e espaço
restrito;
•São alternativas quando não se dispõe de facilidade para
terraplenagem (falta de acesso ou falta de solos e enrocamento);
•Estabilidade crítica por deslizamento e tombamento;
•Maioria dos acidentes são por erosão das ombreiras ou da fundação.
O princípio das barragens de concreto massa é transferir as pressões de
água para o assoalho da fundação. A preparação da fundação é uma etapa
muito importante, portanto.
UHE Nova Olinda - PB
UHE de Dona Francisca - RS
UHE de Capim Branco II - MG
UHE Salto Caxias - PR
Cortina de injeções na fundação
Por que são usados drenos sob as barragens?
Barragens de contrafortes de concreto
•Exemplo maior é a barragem principal de Itaipu;
•Sub-pressão fica reduzida devido a pequena área da base;
•Aumento da compressão sobre a fundação;
•Exige maior tratamento das fundações como tirantes e injeção de calda
de cimento;
•Maior economia de concreto, mas necessita controle geológico maior.
UHE Itaipu
Barragens de enrocamento com face de concreto
•É um aterro construído com fragmentos de rocha e cascalho, compactado em
camadas com rolos vibratórios
•Construídos sobre fundações de rocha sã, mas podem ser feitos sobre rocha
alterada, aluviões compactados e outros materiais resistentes
•Exemplos: Segredo, Machadinho, Itá
•O maior problema dessas barragens é a acomodação do enrocamento com o
peso e a saturação que podem trincar a face.
Compactação do enrocamento
Concretagem da face
UHE Segredo
UHE Machadinho
UHE Itá
UHE Campos Novos
Fechamento do rio para
enchimento do reservatório:
30 de setembro de 2005
Barragem esvaziada por
problemas na face
Barragens de solo
•Taludes muito abatidos, ocupa espaço;
•Adapta-se a terrenos menos competentes;
•Não aceita galgamento;
•Estabilidade geralmente verificada para deslizamento interno;
•Sensível à erosão interna;
•Requer um volume expressivo de argilas estáveis para o núcleo.
As barragens de terra podem ser:
•Homogêneas
•Zonadas
As barragens homogêneas são feitas apenas com solos.
As barragens zonadas têm um núcleo impermeável e duas zonas externas
mais permeáveis, formada por material mais grosseiro e, entre elas, materiais
de transição.
As barragens zonadas aproveitam melhor os materiais naturais disponíveis e,
por terem couraças em rocha fragmentada (enrocamento), são construídas
com taludes menos abatidos do que as homogêneas.
Diferentes posições do núcleo
Formas de controle de infiltrações mais comuns
Cortina de injeções
Cut-off de argila compactada
Tapete impermeabilizante
Diafragma de concreto ou de lama
Problemas com barragens de terra
Trincas com erosão
Erosão interna e
instabilidade do
talude de jusante
Fases construtivas de barragens zonadas: o solo castanho é o núcleo.
Barragem de Irapê, MG
Situações favoráveis para a estabilidade
Rochas com estratificação próxima à
vertical, mas mergulhante para o
reservatório (montante);
Barragem posicionada à
montante de uma anticlinal.
Rochas com estratificação próxima à
vertical, mergulhante para jusante
podem ser sensíveis ao deslizamento;
Situações desfavoráveis para a estabilidade
Barragens posicionadas sobre
sinclinais devem ser evitadas pela
potencial instabilidade e excesso
de fugas
Fundações com estratificações ou
xistosidade com declividade
pequena constituem riscos,
independente de que direção
mergulham
Dobras no sentido transversal da barragem: anticlinais são boas
para a estabilidade mas podem ser problemáticas pelas fugas
Dobras no sentido longitudinal da barragem: anticlinais são boas
para a estabilidade e também para evitar fugas
Fatores geológicos
•Cobertura de solo e rocha alterada constitui um fator importante para a
definição do tipo de barragem
•Características geotécnicas dos solos e rochas: permeabilidade e estruturas
desfavoráveis.
•Barragens de concreto devem ser apoiadas em fundações de rocha
•A cobertura de solo e rocha alterada deve ser removida
•Nas ombreiras de uma barragem de concreto ou enrocamento o solo e rocha
decomposta também deve ser removida
•Rochas ígneas não possuem estruturas desfavoráveis para barragens, exceto
pela ocorrência de falhas de compressão que podem criar gargantas de solo;
•Rochas ígneas muito fendilhadas, como as extrusivas, exigem maior tratamento
de estanqueidade nas fundações;
•No caso de derrames, cuidados especiais devem ser tomados a respeito do
contato entre derrames, pois podem ser de baixa resistência ou conter camadas
de arenitos aprisionados (intertrap).
Fatores geológicos
•Rochas sedimentares costumam ser permeáveis ou de baixa resistência. As
clásticas costumas apresentar planos de fraqueza nas estratificações.
•Dentre as rochas sedimentares, os calcários podem ser muito problemáticos
pois formam cavernas por dissolução e isto pode ocorrer sob a barragem.
•As rochas metamórficas são as mais heterogêneas e costumam estar dobradas,
o que complica a avaliação da estabilidade. Barragens que tenham que ser
construídas sobre elas, exigem projetos mais cuidadosos.
•As rochas metamórficas costumam se alterar com facilidade com o agravante
de apresentarem planos de fraqueza (xistosidade).
•Barragens sobre solos aluviais devem ser evitadas pois ou são permeáveis ou
sofrem deformação excessiva. Se for necessária a construção sobre esse tipo de
solo, devem ser empregadas barragens homogêneas de solo e de pequena altura.
•Barragens sobre solos coluviais ou lacustres não devem ser construídas.
GEOLOGIA APLICADA AOS TÚNEIS
Tipos de túneis
•TÚNEL MINEIRO
•MÉTODO TBM
•MÉTODO NATM
•EMBOQUES
Escavação de túnel mineiro
Escavadeira em Túnel de
Teste em Heathrow - London,
UK 1994
Escavação com Fresa na
Estação Subterrânea Exchange
Place - Jersey City, NJ 2002
São mais viáveis em rochas duras ou túneis de menor
extensão
Túnel em granito
pouco fraturado
nenhum revestimento
necessário para
estabilização
Região perturbada por
falhas exigiu a instalação
de grampos simples
Cambotas mistas de aço e
madeira – túnel em calcário
com estrutura dobrada e
fraturada
Cambotas metálicas com setores ligados por flanges – túnel e rochas
sedimentares
Túneis mecânicos (TBM)
São empregados em materiais menos resistentes e túneis de grande
extensão
Túneis mecânicos (revestimento)
Perfuratriz tipo “Jumbo”
Automática, usada em
variante do Túnel de Graz,
Áustria 2001.
Método NATM
Método NATM
Enfilagens de reforço
Convergência de paredes de
2m no túnel de Tymfristos
(Grécia) – Túnel em calcário
Emboque dos túneis
antes
depois
Estabilidade da encosta onde
o túnel se insere –
escorregamento de rocha
metamórfica
Emboque com Portal em
Concreto Projetado no
Túnel de Rota Alternativa
B27- Schürzeberg,
Alemanha 1991
Emboque de conduto
forçado de Usina
Hidrelétrica (SC)
Túnel em rocha
metamórfica (filitos) –
Mariana MG.
Início do emboque
Túnel em rocha
metamórfica (filitos) –
Mariana MG:
montagem da viga
portal.
Importância da estrutura e
princípio de atuação de
grampos
Escavação de casa de
máquinas em caverna UHE
Rio Grande
Escavação de túnel pelo método das galerias múltiplas
Galerias Laterais Gêmeas no Metro de Santiago, Chile 2002
Enfilagens Grouteadas na
Sapata da Parede
Lateral.
Instalação de Enfilagens Grouteadas
na parede lateral do Túnel
Wadeküppel – Kassel, Alemanha 1984
Descontinuidades verticais e
horizontais
As estratificações de
rochas sedimentares ou as
disjunções das rochas
extrusivas são mais
instáveis quando
horizontais do que quando
verticais
Desabamento de teto nas escavações do túnel de desvio de
UHE Castro Alves
Estratificações ou disjunções inclinadas causam um
desequilíbrio (assimetria de pressões) no túnel o que
encarece a estabilização
Isso também é problema nos mergulhos no
sentido do avanço do túnel
Xistosidades verticais são menos
problemáticas do que as
horizontais;
Xistosidades inclinadas resultam
em pressões maiores no
revestimento.
Diferentes posições do túnel,
conforme estratificações ou
xistosidades das rochas
sedimentares e metamórficas
Influência das dobras
•Sinclinais convergem as águas de drenagem e direcionam pressões
e podem ser problemáticas para os túneis.
•Anticlinais costumam aliviar as pressões nas paredes e no teto;
•No sentido longitudinal, as anticlinais carregam mais as
extremidades, enquanto que as sinclinais geram tensões maiores no
interior do túnel.
Problemas de
túneis urbanos
Linha 4 – SP
(jan/2007)
O que ocorreu?
Foliações do
gnaisse com
bandas escuras
decompostas:
Concentração de
esforços sobre o
revestimento
Túneis em solos residuais
1
3
2
Túneis em solos transportados
a
b
Túneis em colúvios
Morro Agudo
BR-101/SC
usina hidrelétrica de Cubatão
TÚNEL PARA DRENAGEM
DO COLÚVIO