Breve histórico das barragens

Há registros de que as barragens são obras civis presentes na humanidade desde civilizações mais antigas, situadas no Egito, Médio Oriente e na Índia, geralmente, com a finalidade de reservar água, controlar cheias e inundações de cidades.

Desde então, suas características, tipos de materiais, finalidade e técnicas construtivas se desenvolveram na Engenharia, bem como o nosso conhecimento sobre o comportamento dos materiais envolvidos nessas estruturas.

A Tabela 1 apresenta alguns dados históricos sobre barragens, que evidenciam a evolução dessas estruturas.

As primeiras barragens brasileiras foram construídas com terra, no século XX, no Nordeste, como um plano de ação para combate à seca.

Nas décadas de 60 e 70, o avanço das hidrelétricas impulsionou a construção de barragens no Brasil e, atualmente, temos centenas de barragens em operação no país, de diversificadas características e aplicações.

O esquema a seguir apresenta alguns registros de barragens construídas no Brasil, que representam marcos acerca das técnicas construtivas dessas estruturas no país:

Hoje, mundialmente, contamos com técnicas avançadas que nos permitem um controle tecnológico rigoroso para a construção e operação de barragens cada vez maiores, mais seguras e de maior eficiência.

Elementos principais de uma barragem

Uma barragem é composta basicamente pelos seguintes elementos:

Usualmente, as barragens podem ser construídas em várias etapas, de forma que o talude seja escalonado. Assim, separa-se cada talude por bermas, que podem servir de acesso para inspeções visuais e manutenções periódicas da estrutura.

Já para referenciar as ombreiras, ficamos de costas para o reservatório: teremos a ombreira direita e a esquerda.

A geometria da barragem é então definida pela altura dos taludes e pela inclinação dos taludes, sejam essas globais ou entre bermas. Além das larguras das bermas e da crista.

Outros elementos importantes em uma barragem, os quais estudaremos em maior profundidade posteriormente, são:

• Drenagem interna (filtro)
• Drenagem superficial
• Reservatório
• Extravasor
• Instrumentação
• Revestimento dos taludes e bermas

Tipos de barragens

As barragens podem ser classificadas principalmente de acordo com seu porte, seu material de construção, material de contenção e sua técnica construtiva.

As barragens de grande porte são aquelas que possuem altura superior a 15m, ou entre 10 e 15m, desde que um dos seguintes critérios sejam atendidos:

• O comprimento da crista seja igual ou superior a 500m.
• O reservatório possua capacidade volumétrica superior a 1.000.000m³.
• O vertedouro possua capacidade de vazão superior a 2.000 m³/s.
• A fundação possua criticidades.
• O projeto seja não convencional.

As barragens de terra são as mais comuns no Brasil. Para a construção, o solo compõe o aterro formando o maciço da barragem. O empréstimo de material pode ser de materiais disponíveis não convencionais, por exemplo, o rejeito, um subproduto do beneficiamento de minérios.

Barragens de terra e enrocamento são estruturas cujo maciço é construído com enrocamento (pedra de mão) e um núcleo argiloso, que imprime estanqueidade à barragem. Como o enrocamento é um material que apresenta alta resistência, barragens desse tipo tendem a ser mais estáveis, permitindo serem construídas com taludes mais íngremes quando comparadas com as barragens de terra.

Outra técnica para garantir a estanqueidade de barragens de enrocamento é a implantação de septos no talude de montante que impermeabilizem essa face. Podem ser citados septos de placas de concreto ou material geotêxtil.

As barragens de concreto funcionam como muros de arrimo, contendo o material a montante por peso próprio ou por compressão.

Estruturas que trabalham com peso próprio, também chamadas de muros de gravidade, são aquelas em que o peso próprio da estrutura (P) é responsável por equilibrar as ações instabilizadoras do sistema: o empuxo do material de montante (E); e a subpressão da fundação (U).

A fim de se reduzir as ações atuantes na barragem, pode-se adotar barragens de concreto estrutural formadas por lajes inclinadas associadas a contrafortes. A inclinação fará com que o empuxo do material de montante seja decomposto em duas parcelas: uma vertical, que se somará ao peso próprio e será estabilizante; e outra horizontal, que será desestabilizante.

Assim como estruturas de contenções, as barragens de concreto devem passar por verificações estáticas de deslizamento, tombamento e capacidade de suporte da fundação.

Barragens em arcos são possíveis devido à possibilidade de moldagem do concreto no formato desejado. Essas estruturas trabalham à compressão (solicitação que o concreto resiste bem), e devem ser engastadas em vale fechado de formação rochosa.

Massad (2010) cita que a Barragem Capivari-Cachoeira, próximo à cidade de Curitiba – Paraná, levou 5 anos para ser construída, uma vez que a alta pluviosidade da região impossibilitou uma maior produtividade na execução da estrutura.

Nessa mesma região, também se relata a Barragem Rio Verde, que possuía um prazo de construção de apenas 2 anos, mas o material de empréstimo apresentava teor de umidade acima da ótima para compactação, além de ter sido identificado solo mole na fundação.

A solução nada convencional para essa estrutura foi utilizar uma barragem em aterro úmido, com núcleo compactado 5% acima da umidade ótima, associada a bermas de equilíbrio, de forma a não atrasar o cronograma da obra.

A Tabela 2 apresenta alguns dados para conhecimento e tomada de decisões, que leva em conta a geometria e o volume usual de barragens em relação à altura (H), associados ao custo relativo estimado.

Métodos construtivos de barragens

Além dos tipos de barragens já explorados em relação ao material do maciço, as barragens também podem ser classificadas de acordo com o seu método construtivo, que pode ser por aterro hidráulico ou aterro compactado.

Em barragens de mineração para contenção de rejeitos, a fim de se aumentar a capacidade volumétrica do reservatório, sucessivos alteamentos podem ser empregados a partir de um dique de partida de enrocamento ou solo compactado. Esses alteamentos podem ser construídos:

Ruptura de barragens

Segundo Massad (2010), de um levantamento realizado na década de 60 para 1620 barragens na Espanha, cerca de 19% apresentaram problemas, em que:

Do levantamento realizado pelo International Committee on Large Dams (ICOLD), de 236 incidentes envolvendo barragem, 70% estavam relacionados às barragens de terra, sendo os problemas associados a:

Diz-se que uma falha é a perda de desempenho estrutural ou da funcionalidade de uma estrutura de engenharia. Os principais modos de falha em barragem são: galgamento, piping, instabilização e liquefação. As causas relacionadas estão associadas a eventos hidrológicos, problemas geológico-geotécnicas e ocorrência de sismos.

A tabela a seguir apresenta a incidência dos modos de ruptura em percentual, para 1462 barragens de grande porte construídas até 1982. Observa-se que o piping no maciço da barragem é o principal modo de falha que ocorre nessas estruturas.

Riscos associados

Não é desejável que a barragem apresente as rupturas já exibidas neste conteúdo. No entanto, no projeto dessas estruturas, é importante levantar quais são os possíveis riscos associados, de forma que, caso a ruptura venha a ocorrer, a mitigação dos problemas causados seja rápida e eficiente.

A análise do impacto de ruptura de barragens pode ser realizada por meio de programas computacionais. Conhecido como “dam break”, a análise é hidrodinâmica e realizada a partir da alimentação do programa com dados sobre os materiais da barragem e do material reservado, dados topográficos do entorno e do modo de falha mais provável.

A partir de parâmetros reológicos e geotécnicos desses materiais, o programa simula a propagação dos materiais como consequência da ruptura. O resultado dessa análise são mapas de inundação que dão uma ideia da magnitude da ruptura: sua extensão, altura e velocidade.

Essa modelagem é muito útil para o conhecimento dos riscos associados às eventuais rupturas, e permite que sejam elaborados planos de ações e emergência caso venham ocorrer. A partir dessas análises, definem-se, dentre outros aspectos, a Zona de Autossalvamento (ZAS) e a Zona de Segurança Secundária:

Casos de ruptura de barragens

Para exemplificar as causas e consequências associadas às rupturas de barragens, vamos tomar conhecimento sobre alguns casos históricos.

Construída no final do século XIX com a finalidade de abastecimento de água pela técnica do aterro hidráulico, possuía 70m de altura, inclinação dos taludes de 1V:5H (aproximadamente  6,4km de extensão e capacidade de conter um volume de  100.000.000m³. A fundação era composta por aluvião arenoso de 40m de espessura.

A ruptura ocorreu em 1938, durante a sua construção, devido à liquefação do talude de montante. A ruptura deu-se em uma extensão de cerca de 500m de comprimento e volume de aproximadamente 6.500.000m³.

O material rompido deslocou-se por 450m em poucos minutos até alcançar o repouso a uma inclinação de 1V:20H (aproximadamente 2,9˚ 2,9°). Essa barragem culminou o início do estudo dos materiais quanto à suscetibilidade à liquefação.

A barragem era construída em arco de dupla curvatura, apresentava 60m de altura, largura de crista de 1,5m, base de 6,8m e capacidade de contenção do volume de 50.000.000m³ de água para abastecimento da população e controle de cheias.

O rompimento deu-se em 1959, e é relato que a causa foi a ruptura por cisalhamento na rocha de apoio que apresentava descontinuidades, além da formação de uma zona argilosa na base da barragem, que diminuiu a permeabilidade da fundação.

A onda do material atingiu 40m de altura a uma velocidade de 70km/h, causando a morte de 423 pessoas, além de ter afetado cerca de 7000 habitantes e ter causado graves danos materiais na cidade de Fréjus. Ressalta-se que há relatos de que algumas semanas antes da ruptura dessa barragem, trincas e fendas foram identificadas na barragem, próximo à fundação.

Na época, era a maior barragem do mundo construída em arco de dupla curvatura, apresentando cerca de 265m de altura, 160m de comprimento e capacidade volumétrica de reservar 150.000.000m³ de água. Sua finalidade era a geração de energia elétrica.

A ruptura deu-se em 1963 devido ao escorregamento no maciço rochoso, muito fraturado. Relata-se que o volume de 260.000.00m³ de material escoou em apenas 45 segundos, formando uma onda de 250m de altura sobre a barragem. Entre 2000 e 2600 pessoas faleceram nesse acidente, e foram identificados sismos em diversas cidades europeias.

Esta barragem de terra foi construída em 1951, com altura média de 22m e máxima de 71m, reservatório com capacidade volumétrica de  sob uma região com falhas geológicas, solos colapsíveis e erodíveis.

A ruptura deu-se em 1963, após 12 anos de operação da estrutura, devido, provavelmente, ao fraturamento da impermeabilização entre o contato entre a barragem e a fundação, que causou piping e cavernas locais.

No dia do rompimento, foi identificada uma infiltração na barragem, quando se tentou iniciar o esvaziamento do reservatório. Após 4 horas e meia após a identificação da anomalia, uma brecha formou-se e levou a barragem à ruptura.

O complexo de barragens possuía a função de controle de cheias e geração de energia elétrica. A ruptura deu-se em 1975, devido à ação de fortes chuvas e do Furacão Nina, causando o óbito de mais de 25 mil pessoas por afogamento, além de outras 145 mil devido à fome e epidemias decorrentes da inundação.

A barragem de Fundão, localizada no município de Mariana – Minas Gerais, alteada com rejeitos de mineração com a técnica a montante com uma altura de 150m, rompeu-se em novembro de 2015.

A barragem passava por um processo de alteamento para aumento da capacidade do reservatório, quando apresentou um vazamento. Em menos de uma hora, após a identificação dessa anomalia, a ruptura ocorreu causando a mobilização de 62.000.000m³ de lama, 19 óbitos, diversos desaparecimentos e 600 desabrigados.

Na lama, foram identificados metais pesados, como arsênio, chumbo e mercúrio, que atingiram o Rio Doce nos estados de Minas Gerais e Espírito Santo, causando a interrupção do abastecimento de água para milhares de pessoas e danos severos ao ecossistema da região afetada.

Localizada em Brumadinho, município de Minas Gerais, essa barragem foi construída em 1976 seguida por alteamentos com a técnica de montante com rejeitos de mineração. A ruptura ocorreu em janeiro de 2019, e a onda de rejeito alcançou uma velocidade de 80km/h.

As sirenes de alerta da região não funcionaram, causando a morte de cerca de 260 pessoas. Além do efeito social de perdas materiais e de vidas, o rompimento causou grande impacto ambiental e econômico na região. Trabalha-se com a hipótese de liquefação dos materiais como causa da ruptura.

Fases de um projeto

Antes da construção de uma barragem, o projeto e o planejamento de uma barragem passam por várias etapas de estudo que se diferem quanto ao nível de detalhamento e de informações disponíveis.

Essas fases, descritas a seguir, devem ser seguidas sempre que possível, já que ignorar ou “pular” uma dessas fases poderá ocasionar problemas encontrados durante a execução e a operação da barragem, que poderiam ter sido identificados e tratados previamente.

Estudos de arranjo

O arranjo da estrutura consiste nas características geométricas dos elementos da barragem.

Barragem de concreto

Para o maciço de uma barragem de concreto, é usual a utilização de uma base que seja de 70 a 80% da altura. Caso seja a barragem de concreto e dupla curvatura, é usual a utilização de uma razão entre a largura e a altura da barragem $\left(\frac{L}{H}\right)$ inferior a 2,5.

Barragens de terra

As barragens de terra possuem características que dependem do tipo de material que será empregado no maciço, pois essas serão importantes para a sua estabilidade geotécnica. É comum, por exemplo, adotar uma inclinação dos taludes de montante de 3H:1V (aproximadamente 18°), e de 2,5H:1V (aproximadamente 22°) para o talude de jusante. Já quando se associa o enrocamento às barragens de terra, é possível ter taludes mais íngremes, de inclinação de 1V:1,6H a 1V:2,2H(de 32° a 24°).

Barragens de aterro hidráulico

Barragens construídas com o método de aterro hidráulico são mais abatidos, da ordem de 1V:5H (cerca de 11°). Dessa forma, barragens desse tipo consomem mais material e exigem uma maior área para a formação do maciço.

Largura da crista e das bermas

A crista e as bermas das barragens, geralmente, servem de acesso para os veículos e equipamentos de operação da barragem. Portanto, suas larguras, normalmente, são superiores a 3,0 ou 5,0m, considerando o tráfego em mão única.

Altura da barragem

Quando a altura da barragem é tal que a distância entre o pé e a crista forma um talude de inclinação superior aos supracitados, escalona-se o talude de jusante em pequenas alturas, geralmente, de no máximo 10m.

Estudos geológicos

Os estudos geológicos compreendem, principalmente, o reconhecimento da fundação do barramento. Para tal, além de dados documentados por mapas geológicos regionais, deve-se realizar um mapeamento de campo que visará reconhecer, por análise táctil visual, quais são os horizontes superficiais encontrados na região.

Com o arranjo da estrutura definido, poderão ser traçadas seções para avaliar a estabilidade geotécnica para validação da geometria do barramento. O sobrepeso causado pelo sistema da barragem também poderá ser utilizado para avaliar a hidrodinâmica da região após a construção da barragem, de forma que as subpressões e o nível freático possam ser antevistos e possam guiar a locação da instrumentação necessária para o monitoramento da estrutura.

Estudos geotécnicos

Os estudos geotécnicos de um projeto de barragem envolvem, principalmente: o tratamento da fundação, a estabilidade e a drenagem interna.

O tratamento da fundação consiste em melhorar as condições de suporte da fundação. Caso na etapa de estudos geológicos sejam identificados materiais moles ou inconsolidados, o engenheiro geotécnico deverá estudar a possibilidade de remover o material crítico por meio de um projeto específico de escavação. As escavações são vantajosas do ponto de vista de eliminar o material crítico. No entanto, só serão viáveis caso o material esteja em superfície e não sejam muito espessos.

Em um caso de fundação que não seja possível a remoção do material, pode-se aplicar técnicas de melhoramento, como a injeção de calda de cimento (jetgrouting).

Caso o material a ser disposto seja contaminante, será necessário impermeabilizar o contato com a fundação, para isso, é comum a utilização de argila compactada ou de material geotêxtil.

Após garantir que a fundação da barragem é adequada para receber o sobrepeso, deve-se validar a geometria escolhida para a barragem. Para tal, a forma mais comum é realizar análises de estabilidade com a utilização da Teoria de Equilíbrio Limite, a partir da seção geológica com a implantação da barragem, do conhecimento do comportamento da superfície freática e dos parâmetros geotécnicos dos materiais que compõem a seção.

De posse das seções geotécnicas e do coeficiente de permeabilidade dos materiais, também é possível realizar análises de percolação, em que será possível obter vazões, além de antever como a freática e as poro-pressões irão se comportar após a construção da barragem.

Em programas mais sofisticados, que utilizam elementos finitos, é possível realizar também análises de tensão x deformação, de forma a prever os deslocamentos e recalques esperados para os materiais da fundação.

Caso a geometria da barragem seja validada, deve-se partir para o detalhamento da barragem.

O próximo passo dos estudos geotécnicos consiste em dimensionar a drenagem interna da estrutura. Esse elemento tem a finalidade de agir como o caminho preferencial da água dentro da barragem, controlando as poro-pressões e evitando o carreamento de material e erosões.

Dos tipos de drenagem interna mais usuais, os mais comuns encontram-se ilustrados nas figuras abaixo:

Dreno de fundo

Para o bom funcionamento do dreno de fundo, além de captar e servir como um caminho preferencial de água, deve-se garantir que não haja carreamento de finos. Assim sendo, os drenos internos também são chamados de filtros, e o dimensionamento deve ser realizado levando em consideração os critérios de:

Para o dimensionamento de drenos internos, deve-se determinar a vazão esperada, seja à mão, por meio de redes de fluxo, ou por modelagens em programas computacionais. Daí, determina-se o intervalo aceitável para o coeficiente de permeabilidade dos filtros e calcula-se a espessura necessária, seja pela Lei de Darcy ou pela Equação de Dupuit.

Para atuar como filtro, os drenos são compostos por transições geotécnicas, que são materiais de diversificadas e controladas granulometrias, conforme ilustrado na figura abaixo. Formam-se, assim, os drenos sanduíches, que podem ser associados a materiais geotêxteis.

Também como parte dos estudos geotécnicos, deve-se definir a instrumentação necessária para o monitoramento da barragem. Isso será tratado posteriormente.

Estudos hidrológicos e hidráulicos

Os estudos hidrológicos e hidráulicos envolvem a boa operação de todos os elementos da barragem.

As possíveis cheias e transbordamentos que podem ocorrer na barragem como consequência de altos índices pluviométricos podem ser evitados por meio de um sistema extravasor eficiente, que seja capaz de captar e conduzir o excedente de água até a disposição final de modo ordenado.

No projeto, são então definidos níveis d’água: de operação, para quando o reservatório estiver em nível normal; e máximo, que representa o máximo aceitável antes de um transbordamento. A distância entre o nível d’água normal e a elevação de crista da barragem é chamado borda livre operacional, ou borda livre remanescente no caso do nível d’água máximo. Para garantir a saída de água pelo extravasor, em um caso de cheia, a soleira do extravasor deve coincidir com o nível d’água normal.

As chuvas também podem causar erosões dos taludes e das bermas, que podem ser controladas por meio de um sistema de drenagem superficial eficiente associado à vegetação dos taludes e proteção das bermas.

Em geral, os estudos hidrológicos e hidráulicos envolvem:

Os dados sobre as chuvas intensas são obtidas de dados históricos disponibilizados pela Agência Nacional de Águas (ANA). Os dispositivos devem ser calculados por teorias e métodos de hidráulica consolidados; geralmente, adota-se a Metodologia de Manning para escoamento permanente e uniforme.

O sistema de drenagem superficial de uma barragem é usualmente de concreto armado e composto por:

• Bermas com inclinação transversal e longitudinal com caída para as canaletas de berma, que evitam a concentração de água em pontos específicos (empoçamentos).
• Canaletas de berma, que captam as águas superficiais e conduzem até as descidas.
• Descidas de água, que recebem a drenagem das bermas e taludes, conduzindo até pontos mais baixos. As descidas podem ser executadas em degraus para diminuir a velocidade da água.
• Canais periféricos, que coletam o escoamento superficial proveniente do terreno natural e descarta a jusante.
• Bacias de dissipação de energia, que reduzem a velocidade da água proveniente de canais periféricos, evitando que ocorram processos erosivos no terreno natural.
• Sump, que consiste em um sistema para retenção de sólidos carreados pela água e evita a contaminação da água a jusante.

Estudos ambientais

Os estudos ambientais envolvem a região que será diretamente afetada pela construção da barragem e seu entorno. Possíveis nascentes e córregos que sejam impactados pelo empreendimento devem ser levantados, bem como a área de vegetação que deverá ser suprimida.

Operação de barragens

Para garantir o bom funcionamento de barragens, a estrutura deve passar por rotinas de inspeções e manutenção. O Plano ou Manual de Operação é o documento responsável por toda sistemática da operação, além de conter algumas características geométricas do empreendimento para rápida consulta:

• Crista: cota, comprimento e largura
• Altura da barragem
• Reservatório: capacidade volumétrica total, cota do nível d’água em condição normal e em condição máxima
• Área do espelho d’água
• Área de drenagem da bacia de contribuição
• Tempo de retorno para cálculo de cheias

As inspeções que buscam a identificação de anomalias podem ser: de rotina, regulares, especiais ou de emergência:

Inspeções adicionais podem ser realizadas caso o engenheiro responsável julgue necessário. Como inspeções preventivas, que podem ser realizadas antes de épocas conhecidamente chuvosas, e podem ser úteis para se verificar a condição da estrutura antes de eventos que possam levar a erosões e a cheias.

Em condições normais de operação, as inspeções de rotina devem ser realizadas:

• Logo após o enchimento do reservatório
• Semanalmente, no primeiro mês após o enchimento do reservatório
• Quinzenalmente, no segundo e terceiro mês após o enchimento do reservatório
• Mensalmente, do quarto ao 12° mês após o enchimento do reservatório
• Trimestralmente, partir do primeiro ano após o enchimento do reservatório

O documento no qual associam-se as leituras de instrumentação com níveis de operação normal, de alerta e de emergência é a Carta de Risco, também elaborada para cada empreendimento e indica níveis de leitura para cada um de seus instrumentos. Caso alguma leitura seja identificada fora da normalidade, é importante avaliar o índice pluviométrico recente, a integridade do instrumento e se os instrumentos próximos ao anômalo apresentam mesma criticidade, de forma a antever problemas de segurança no barramento.

Para garantir a boa operação de uma barragem, também se faz necessária a manutenção da estrutura, que envolve, por exemplo, ações de limpeza, remoção de entulhos e de vegetação, testes de vida e calibração de instrumentos. Essas ações também devem constar no Manual de Operações.

Instrumentação

Com a finalidade de se monitorar o desempenho de uma barragem, bem como diagnosticar possíveis desvios da normalidade, a instrumentação geotécnica é implementada para acompanhamento, principalmente, de anomalias, deformações, deslocamentos, sismos, condições piezométricas e freáticas da estrutura.

Drones

Para identificação e avaliação de anomalias, principalmente, em áreas inacessíveis para inspeção visual de campo, pode-se utilizar drones, que, a partir do registro de múltiplas fotos, permitem a inspeção visual do estado de conservação de todos os elementos da barragem.

Réguas linimétricas

Para o monitoramento da elevação do nível d’água dentro do reservatório, podem ser utilizadas réguas linimétricas, que permitem a leitura direta a partir de suas graduações. A medição do nível do reservatório pode ser complementada por levantamentos batimétricos, principalmente, quando o material reservado não é a água.

Alguns dos instrumentos utilizados para monitoramento e controle de deformação e controle de barragens são:

Marcos superficiais

Por meio de levantamentos topográficos e comparação com um marco de referência (benchmark) instalado em um local sem movimentações. Os marcos superficiais permitem a identificação de deslocamentos horizontais e verticais.

Placas de recalque

Chapa quadrada de aço galvanizado fixada na haste de transferência, que, na sua ponta superior, possui calota esférica para apoio de mira topográfica. A leitura é realizada por topografia a partir de um marco de referência (benchmark), e podem ser associadas várias placas para uma mesma haste, a fim de se medir o recalque em vários níveis.

Inclinômetros

Instrumento que mede deslocamentos angulares no maciço da barragem. Consistem em tubo metálico ou de plástico instalado em um material indeslocável (a fundação em maciço rochoso, por exemplo) que serve de caminho para a passagem de torpedo que mede a inclinação do tubo em relação à vertical.

Radar orbital

Consiste em radar de imageamento de superfície com uso de ondas eletromagnéticas por satélites. O radar registra múltiplas fotos que, quando comparadas, permitem a identificação de deslocamentos com precisão milimétrica.

Geofones

Para a avaliação de sismos na região da barragem, pode-se empregar geofones, que consistem em sensores colocados na superfície dos elementos da barragem e medem a velocidade de ondas sísmicas, sejam essas naturais ou induzidas.

Medidores ou indicadores de nível d’água

A posição da superfície freática é medida por meio de medidores ou indicadores de nível d’água. Esses instrumentos são compostos por tubos de PVC e conexões, filtro de areia, bentonita e geotêxtil para selagem. A célula de leitura se constitui em um trecho perfurado do tubo, que permite a entrada de água.

Piezômetros

A carga piezométrica pode ser monitorada por meio de piezômetros, que podem ser de diversos tipos, sendo os mais comuns os de tubo aberto (tipo Casagrande) e o elétrico de corda vibrante. O primeiro consiste em um tubo que liga o bulbo que contém areia e selo de bentonita ou solo-cimento e a superfície. O corpo do instrumento é preenchido com solo natural, e as leituras são realizadas com utilização de pio elétrico, que consiste em uma trena com ponteira elétrica a qual emite som assim que atinge a água. A carga piezométrica será dada conhecendo-se a distância da boca do tubo e a água, e a cota de instalação.

O piezômetro elétrico mede diretamente a poro-pressão por meio da medida por sensores da deformação de um diafragma interno. A altura da coluna d’água é somada à cota de instalação, obtendo-se a carga piezométrica no ponto medido. Esses instrumentos são mais sensíveis, acurados e, por serem automatizado, permitem que as leituras sejam realizadas remotamente para a frequência de tempo desejada.

Medidores de vazão

Dentre os instrumentos mais comuns em barragens, podemos citar também os medidores de vazão. Os mais utilizados são de Calha Parshall, locados na saída do dreno de fundo para medida de vazão e avaliação da turbidez da água de saída.

Poços de monitoramento

Outra forma de se avaliar a água subterrânea é a utilização de poços de monitoramento, que permitem a amostragem para caracterização hidráulica (química, física e biológica), descrição litológica do local, medição de nível d’água e identificação de contaminantes no lençol freático.

As leituras e as imagens obtidas dos instrumentos devem ser regularmente analisadas por engenheiro geotécnico experiente, de forma que possíveis desvios de segurança e tomadas de decisões possam ser conduzidas adequadamente.

Classificação de barragens

A preocupação com a segurança de barragens se iniciou após as diversas rupturas dadas a partir da década de 50.

As barragens também passam por um Sistema de Classificação por categoria de risco e por dano potencial associado, tendo como base critérios estabelecidos pelo Conselho Nacional de Recursos Hídricos (CNRH).

A categoria de risco está relacionada aos aspectos da barragem que possam influenciar na probabilidade da ruptura, como: projeto, integridade, estado de conservação, operação, manutenção e atendimento do Plano de Segurança da Barragem. Os riscos classificatórios podem ser: alto, médio ou baixo, dado pela equação:

Em que CRI é a categoria de risco, CT são as características técnicas, EC o estado de conservação e OS o plano de segurança da barragem.

Chega-se, então, às classificações:

O dano potencial associado (DPA), por sua vez, representa o dano esperado com o rompimento, vazamento, infiltração no solo ou mau funcionamento de uma barragem. Esse parâmetro é independente da probabilidade de ocorrência da ruptura, e é função do potencial de perdas de vidas humanas e dos impactos sociais.

Os DPAs podem ser:

A partir do CRI e do DPA, classifica-se a barragem em cinco categorias dadas pelas letras de A até E. As barragens que apresentam maior risco associado e dano potencial são as do tipo “A”, e nessas, o plano de segurança merece uma atenção especial, assim como as revisões de segurança.

Documentos de segurança de barragens

Após os desastres ocorridos em Minas Gerais com o rompimento de barragens, a exigência e a importância de documentos que comprovem e atualizem as seguranças e ações de barragens têm se tornado cada vez mais amplos. Alguns dos documentos necessários para a legalização de barragens são:

Desativação de barragens

Após a barragem cumprir seu papel ao qual foi designada ou por questões técnicas e legislativas, para encerrar a sua operação, ela deve passar por processos conhecidos como descomissionamento e descaracterização.

Nos dois casos de desativação de barragem, vê-se que a estabilidade do entorno é de suma importância. Caso a barragem não apresente segurança adequada, ela pode ser atingida por meio de rebaixamentos freáticos e construção de bermas de equilíbrio.