Escolha do Eixo e tipo Arquivo

J Rodolfo S Martins
CAPÍTULO 2 – SELEÇÃO DO EIXO
E TIPO DO BARRAMENTO
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confirmado na etapa de levantamentos de campo (sugerese escala 1:100 ou próximo disto.
SELEÇÃO DO EIXO
A escolha do eixo da barragem é geralmente feita durante
o estudo de inventário, e inclui na realidade uma faixa mais
provável para a locação do mesmo, função de diversas
características.
Cada local para implantação de barragem é único e tem
condições topográficas, geológicas e hidrológicas
particulares, que resultará na composição de um arranjo
geral específico e que dificilmente poderá ser replicado
exatamente. No capítulo anterior foram exemplificados
diversos arranjos de barragens onde a disposição dos
diferentes componentes atendeu às limitações topográficas,
geotécnicas e hidráulicas que existiam.
Por definição, o melhor arranjo para um determinado
aproveitamento hidroelétrico é aquele que consegue
posicionar todos os elementos do empreendimento de
maneira a combinar a segurança requerida pelo projeto e as
facilidades de operação e manutenção com o custo global
mais baixo (MME, 2007)
A escolha do local do barramento deve considerar,
primeiramente, os vales estreitos, quedas d´água,
corredeiras, afloramentos rochosos e características
similares à estas que permitem economia nas estruturas.
Em paralelo deve-se ter em mente que a viabilidade do
eixo não será apenas econômica mas principalmente sócio
ambiental, por isso, esta atividade exige grande dose de
experiência do planejador
Na fase de estudo de inventário, ada eixo de barragem
deve-se determinar o maior nível de água que o
reservatório pode atingir de forma expedita, isto é, sem
considerar o zoneamento do reservatório para suas
diferentes finalidades e, a partir da composição do perfil
longitudinal do rio, verificam-se interferências como
estradas, pontes, aglomerados urbanos e outras
infraestruturas presentes na bacia.
No momento da escolha do eixo geralmente se consideram
critérios como acessos, localização das jazidas de materiais
de construção e, principalmente, as facilidades para
posicionamento das estruturas hidráulicas componentes.
Figura 1: Estudos para posicionamento do eixo da barragem (DAEE, 2005)
O posicionamento do eixo pode ser feito inicialmente em
cartas topográficas na escala 1:50.000 e em seguida
Seleção do Eixo da Barragem
Figura 2: Posicionamento do eixo da barragem
Figura 3: Planimetria da área da barragem (esc 1:500)
Curva cota-área-volume
Uma vez definida a posição do eixo, a primeira atividade a
ser feita é a curva cota-área-volume, que servirá de
fundamento para os estudos de determinação da altura final
da barragem, evaporação e etc, e com base nos quais são
feitos o posicionamento das estruturas de vertimento,
tomada d’água e também a definição dos níveis
operacionais..
A curva cota – área – volume é obtida a partir do
levantamento topográfico da área do futuro lago (que pode
ou não ser um reservatório, a depender de como será
operado), como mostra a Figura 3. Os valores são obtidos
delimitando-se as áreas compreendidas entre duas cotas.
Nos levantamentos aéreos automatizados feitos através de
voos com sistemas de posicionamento georeferenciados a
área é mapeada diretamente em formado ‘raster’
(composto de pontos) espaçados de forma adequada, por
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exemplo, a cada 20, 50 ou 100 m, de forma que o cálculo
pode ser feito muito rapidamente com o auxílio de uma
planilha eletrônica.
Figura 4: Exemplo de arquivo ‘raster’ com a topografia da área
Figura 5: Curva Cota Área Volume
Escolha do Tipo de Barragem
As barragens são construídas com diversas finalidades,
entretanto as funções de reservação, desvio e detenção
(USBR, 1987) são geralmente presentes em quase todos os
tipos de aproveitamentos:
Barragem de reservação – São construídas com o objetivo
de acumular água no período de cheia para suprir a
demanda na estiagem. Esses períodos podem ser sazonais ,
anuais ou maiores.
Outra classificação dentro da
classificação de reservação é quanto ao uso do volume
reservado, como abastecimento, recreação, pesca, geração
de energia e irrigação. O objetivo pelo qual a barragem é
projetada influencia seu projeto, uma vez que estabelece
critérios que devem ser seguidos como, por exemplo,
volume do reservatório.
Barragem de desvio – Esse tipo de barragem é construída
para elevar o nível d’água possibilitando sua passagem
para diques, canais e outros sistemas de condução. Esse
tipo de construção é utilizada para possibilitar irrigação,
para desviar um curso d’água natural para um canal
artificial ou para um reservatório, para fins industriais ou
uma combinação dos itens acima.
Barragem de detenção – são construídas com o objetivo de
retardar a vazão oriunda do escoamento superficial e para
auxiliar no controle de cheias. Existem dois tipos de
barragens. No primeiro a água é temporariamente
armazenada e depois liberada por meio de uma estrutura de
extravasão de forma que a vazão liberada não gere uma
vazão total no canal de jusante que ultrapasse sua
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capacidade, sendo nesse caso uma barragem de detenção.
No segundo caso, a água é retida o máximo possível para
infiltrar em áreas permeáveis ou na fundação, sendo
classificada como barragem de retenção. Algumas
barragens de detenção são construídas para reter
sedimentos e são chamadas de barragem de rejeitos.
As barragens podem ser classificadas também acordo com
o tipo de extravasão. Assim, existem as barragens de
soleira livre, onde a vazão passa pela crista da barragem,
sendo esse o vertedor. Nesse tipo de construção, o material
mais utilizado na construção é o concreto.
Outro tipo de projeto é aquele realizado de forma que não
ocorra o galgamento da barragem. As barragens nesse caso
geralmente são terra ou de rocha. Normalmente, esses dois
tipos são combinados e restringe-se uma área para
extravasão denominada de vertedor.
Conforme já apresentado no Capítulo 1, a classificação
mais utilizada para discussão de metodologias construtivas
é a baseada no tipo de material utilizado para construção
da estrutura da barragem.
Barragem de Terra – esse tipo de barragem é a mais
comum devido ao fato da matéria prima utilizada em sua
construção é retirada das escavações que são necessárias
para a construção da barragem ou devido ao fato de essa
matéria prima está presente no ambiente próximo à
construção e, além disso, esse material exige pouco
processamento. Assim, utilizar essa matéria prima
apresenta vantagens econômicas. Outro ponto é que os
requisitos necessários para fundação e topografia são
menos rígidos do que para outros tipos de barragens.
Dentro da classificação de barragem de terra existem
diversas sub-classificações sendo uma delas baseada no
tipo de compactação utilizado. Assim, pode-se destacar
que os principais tipos são compactação mecânica,
utilizando-se por exemplo rolo compressor ou pé de
carneiro e o aterro hidráulico, sendo que neste último uma
mistura de água e um solo fino como o silte é lançado entre
uma fileira de rochas que permite a passagem da água mas
retém parcialmente o fino. Com relação às barragens
compactadas à rolo, tem-se que elas apresentam grande
vantagem econômica com relação às demais.
Uma necessidade desse tipo de barragem é ter uma
estrutura complementar para descarga e manutenção da
segurança da barragem em eventos de cheia. Isso porque a
barragem de terra é muito vulnerável ao galgamento da
crista, que pode levar ao rompimento da barragem devido à
ação erosiva da água.
Barragem de Enrocamento – Esse tipo de barragem utiliza
rochas de diversos diâmetros, que promove a estabilidade,
e uma camada impermeável, que promove a estanqueidade.
A camada impermeável pode ser localizada na face de
montante da barragem, podendo ser uma camada de um
solo impermeável, concreto, concreto asfáltico, placas de
aço ou outro material impermeável. Outra possibilidade é
que esta camada impermeável se localize no núcleo da
barragem, podendo ser uma camada fina de solo
impermeável. De maneira semelhante às barragens de
terra, as barragens de enrocamento podem sofrer grandes
danos caso ocorra o galgamento da estrutura. Desta
maneira, extravasores devem ser dimensionados para lidar
com o excesso de vazão decorrente de eventos de cheias.
Com relação à fundação, as barragens de enrocamento
exigem estruturas que não permitem grandes recalques,
Seleção do Eixo da Barragem
visto que a camada impermeável não deve ser rompida.
Assim, os tipos de fundações recomendadas são em rocha
ou em areia e cascalho compactados.
As barragens de enrocamento são aconselháveis para locais
com grande disponibilidade de rochas ou que possuam
baixa disponibilidade de solo bom para construção de
barragens de terra. É, também, uma boa alternativa para
áreas que tenham grandes períodos chuvosos não
permitindo a construção de barragens de terra ou ainda
onde a construção de uma barragem de terra seria muito
cara.
Barragem de Concreto de Gravidade – As barragens de
concreto são alternativas interessantes em locais onde as
condições do solo para fundação são boas. Além disso, se
adequam bem na função de vertedor de soleira livre, sendo
assim utilizados em conjunto com as barragens de terra e
de enrocamento.
As barragens de gravidade podem ser retas ou curvas no
plano. As barragens curvas tem a vantagem do custo e da
segurança. Um tipo mais recente de barragem de concreto
é a barragem de concreto compactado a rolo.
Barragem de Concreto em Arco – esse tipo de barragem é
realizada em locais onde a razão da distância entre os
contatos da barragem com as laterais do vale e a altura não
é muito grande. Além disso, a resistência na região de
contato deve ser grande de forma a resistir aos esforços
provenientes da estrutura em arco que repassa o esforço da
pressão da água do reservatório.
Dois tipos de estruturas serão aqui definidos: a de arco
simples e a de arcos múltiplos. A estrutura de arco simples
cobre a seção do rio com uma única estrutura e possui um
limite máximo do comprimento da crista com relação à
altura de 10:1. Seu projeto pode incluir blocos de pressão
em cada contato, se necessário, e um vertedor ao longo da
crista. A estrutura de arcos múltiplos pode ser de dois
tipos. O primeiro tem uma estrutura cilíndrica de espessura
uniforme. A segunda é formada por várias estruturas em
arco apoiadas em contrafortes espaçados.
O tempo de projeto e construção, qualidade dos materiais
da barragem e de sua fundação, o tratamento da fundação e
as
considerações
hidráulicas
serão
fortemente
influenciados pelo objetivo da barragem a ser construída.
Com relação à fundação tem-se ainda que solos que sofrem
grande recalque, pedregulhos e matacões não são
recomendados para esse tipo de estrutura. Outro aspecto é
que esse tipo de barragem apresenta maior resistência ao
galgamento durante ou após a construção.
Barragem de Concreto em Contrafortes – Esse tipo de
barragem pode ocorrer intercalando contrafortes e painéis
planos ou a arcos de concreto. Nesse tipo de construção
utiliza-se até 60% menos concreto do que nas barragens
sólidas de concreto de gravidade, no entanto, esse custo é
compensado com mão de obra e na utilização do aço. Esse
tipo de construção é competitiva quando o custo da mão de
obra não é grande e, quando isso não acontece, os demais
tipos de barragem são mais vantajosos que este.
Outros tipos de barragens – outros tipos de barragens
foram construídos, no entanto seu número é pouco
significativo. Estruturas envolvendo aço e madeira foram
criadas porém, neste último caso, seus altos custos
desestimularam seu uso.
Fatores para a escolha do tipo
A escolha do tipo de barragem é feita considerando-se os
diversos aspectos envolvidos no seu projeto, de maneira
que faz-se necessária a contribuição de profissionais das
áreas de hidrologia, geotecnia, hidráulica, estruturas,
topografia, geologia e outras áreas relacionadas à
caracterização das fundações, materiais de construção e
sismologia(ANA, 2015). Além disso, a escolha do tipo de
barragem também é afetada por vários outros fatores como
limitações das estruturas de extravasão, problemas
relacionados ao desvio do rio durante o processo de
construção, disponibilidade de mão de obra e
equipamentos, acesso ao local de construção, condições do
local de construção, finalidade da barragem e também a
segurança da barragem. Assim, análises econômicas são
realizadas considerando-se as diferentes alternativas, tendo
em vista a escolha de uma delas. A seguir será discutido a
influência de alguns fatores físicos na definição do tipo de
barragem.
Topografia – As considerações relativas à topografia
contemplam a estrutura da superfície na área de construção
da barragem, na área destinada ao reservatório e acesso ao
local de construção e aos materiais de construção. A
topografia influencia fortemente a escolha do tipo de
barragem. Assim, leitos de rio estreitos em calhas rochosas
e altas propiciam construção de barragens de enrocamento
ou de concreto. Por outro lado, calhas abertas em locais
planos sugerem a utilização de barragens de terra.
Condições intermediárias sugerem outras opções como as
estruturas compostas. Além disso, a topografia influencia a
escolha das estruturas anexas. Por exemplo, no caso de se
ter uma calha fechada com margens altas, pode ser mais
econômico construir uma barragem de concreto com uma
região de vertimento sobre soleira livre do que construir
uma barragem de enrocamento com um vertedor.
Geologia e Condições de Fundação – A adequação dos
diversos tipos de rocha como fundação e os tipos de
materiais para construção são questões geológicas que
devem ser consideradas. Assim, a geologia de determinada
área onde estará a fundação de certa barragem determina o
tipo de barragem que é possível construir. Desta maneira, a
resistência, permeabilidade e existência de falhas são
importantes fatores na tomada de decisão. A seguir serão
discutidos alguns tipos de fundação mais encontrados:
Fundações em rocha – Fundações em rocha apresentam
poucas restrições com relação ao tipo de barragem a ser
escolhido. Isso porque apresentam grande resistência aos
esforços, percolação e à erosão. Assim, o fator decisivo
neste caso são os custos envolvidos no tratamento do solo
como remoção da rocha fraturada, que normalmente são
necessários. No caso da ocorrência de rochas fracas, esse
fator irá influenciar fortemente o tipo de barragem a ser
utilizado.
Fundações em cascalho – Fundações em cascalho, quando
bem compactados são uma boa alternativa para barragem
de terra ou de enrocamento. No entanto, como nesse tipo
de fundação geralmente ocorre grande percolação,
cuidados quanto ao controle deste evento devem ser
tomados.
Fundações em silte ou areia fina – Fundações em silte ou
areia fina podem ser utilizadas em barragens pequenas de
gravidade e barragens de terra se propriamente projetadas
mas, não são recomendadas para barragens de
enrocamento. O projeto nessa condição deve considerar o
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fato de a base de assentamento não ser uniforme, colapso
na saturação, forças de empuxo, prevenção de piping,
percolação excessiva e proteção à jusante contra erosão no
pé da barragem.
Fundações em argila- Fundações em argila podem ser
utilizadas para barragens de terra, mas impõem a restrição
de baixa inclinação nos taludes, tendo em vista a baixa
resistência da fundação e os esforços de cisalhamento.
Fundações em argila apresentam grande recalque de forma
que esse tipo de fundação não é recomendado para
barragens de enrocamento nem para barragens de concreto.
Normalmente, são necessários testes no material da
fundação em seu estado natural para determinar suas
características e a sua capacidade de suportar sobrecarga.
Fundações Não Uniformes – Por vezes acontecem
situações nas quais fundações uniformes não podem ser
encontradas, assim uma fundação não uniforme
envolvendo diversos materiais com diferentes resistências
pode ser utilizada. Nesse caso, mudanças no projeto devem
ser realizadas para contrabalancear a heterogeneidade do
solo.
Materiais Disponíveis – materiais para construção
barragens de vários tipos que podem estar disponíveis
próximo ou no local da construção da barragem. Exemplos
desses materiais são solos e rochas para barragens de
enrocamento e agregados para concreto. A eliminação de
custos relacionados ao transporte pode reduzir
significativamente o custo total da obra.
Hidrologia – As características do rio, com relação à sua
vazão, e as características da precipitação na região da
barragem afetam fortemente os custos da barragem, uma
vez que influenciam o tratamento e o modo como a água
será desviada durante a construção da barragem e as
estruturas de vertimento.
Vertedor – A escolha do vertedor está ligada a magnitude
da cheia que gerará uma vazão a ser descarregada e ao
arranjo da barragem e suas estruturas . Desta forma, em
cursos d’água com potenciais grandes inundações, o
vertedor pode ser a estrutura dominante, sendo a escolha
do tipo de barragem uma condição secundária. O custo de
construir um vertedor largo é normalmente uma grande
porção do custo total de uma barragem. Um dos tipos de
arranjo mais desejável é o uso do canal escavado fora dos
limites da barragem, de maneira que o permite a seleção de
uma barragem que não suporta galgamento, como
enrocamento e de terra.
Sismicidade – Se a barragem está localizada em uma área
sujeita a terremotos, o projeto deve prever o acréscimo de
carga e ação de esforços oriundos do choque. Assim, para
esse caso, o projeto deve ser realizado por um especialista
com experiência na área.
Economia e estética
A relação custo benefício está sempre presenta na escolha
do tipo da barragem. Existem poucas áreas onde uma
barragem não possa ser construída, mas em muitos casos
os custos para sua implantação são muito altos e, assim,
para realizar a escolha de implantação deste
empreendimento determinam-se os custos e os benefícios
derivados do empreendimento. Essa avaliação, no entanto,
possui procedimentos determinados quando se trata da
quantificação dos benefícios de atividades como produção
de energia, irrigação e abastecimento, mas encontra
dificuldades na quantificação dos benefícios de ações
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como controle de cheias ou a utilização para lazer,
composição paisagística, ou ainda no desenvolvimento e
atratividade local e regional. Neste caso, diversos fatores
como avaliação da população com relação ao
empreendimento e custos indiretos devem ser
considerados.
De modo geral, toda barragem deve possui um
acabamento, compatível com seu propósito. Considerações
estéticas podem ter um importante papel no tipo de
barragem a ser selecionado, como é o caso das barragens
que possuem como função a criação de áreas para lazer.
ANA, 2015, Guia para a Elaboração de Projetos de
Barragens: Manual do Empreendedor, v. 5:
Brasília, DF, Agência Nacional e Águas, 194 p.
DAEE, 2005, Guia Prático para Projetos de Pequenas
Obras Hidráulicas: São Paulo, Secretaria de
Estado de Energia Recursos Hídricos e
Saneamento, Departamento De água e Energia
Elétrica do Estado de São Paulo.
MME, 2007, Manual de Inventário Hidrelétrico de Bacias
Hidrográficas, in C. d. P. d. E. E. CEPEL, ed.,
Brasília, Ministério de Minas e Energia.
USBR, 1987, DESIGN OF SMALL DAMS: Washington
DC, UNITED STATES DEPARTMENT OF
THE
INTERIOR
BUREAU
OF
RECLAMATION.
Seleção do Eixo da Barragem