As Barragens tipo concreto-gravidade têm sua estabilidade assegurada pelo seu peso e pela largura da sua base, devidamente adequados à resistência da fundação (figura 1).
Os principais esforços atuantes são:
Pc = Peso do concreto
Hm = Pressões de água no paramento de montante
Hj = Pressões de água no paramento de jusante
Paj = Peso da água sobre o paramento de jusante
U = Subpressão
Os três primeiros são evidentes. A subpressão é a pressão de baixo para cima, exercida pela água que se infiltra por fissuras e poros da rocha no contato da base da barragem com a fundação ou nas descontinuidades. Outros esforços eventualmente considerados, são o empuxo de sedimentos acumulados a montante e os esforços transitórios causados por sismos.
As forças resistentes (Pc), (Hi) e (Paj) e as desestabilizadoras (Hm) e (U) podem originar dois mecanismos principais de rupturas: tombamento e deslizamento.
No mecanismo de tombamento, a barragem tende a girar do ponto P, assinalado na figura 1. Entretanto, o tombamento é um mecanismo raro.
O mecanismo de ruptura mais comum é o de deslizamento, ou seja, deslocamento para jusante, ao longo de uma superfície de baixa resistência ao cisalhamento. Esta superfície pode se a base da barragem ou qualquer outro plano de fraqueza da fundação (figura 2).
A estabilidade é avaliada pela relação:
FSd ≥ (C.L+(V-U) tg Ø) H
Sendo:
FSd = Fator de Segurança ao deslizamento
C = Coesão
L = Largura da base da barragem
V = Somatório das forças verticais, sem a subpressão
U = Subpressão
Ø = Ângulo de atrito ao longo do plano de fraqueza considerado
H = somatório das forças horizontais
Devido à menor confiabilidade na avaliação do contato Concreto/Rocha da fundação rochosa, é hoje comum adotar-se fatores de segurança diferenciados para os dois parâmetros de resistência ao cisalhamento. Para a coesão adota-se valores de 3 a 4 e para o coeficiente de atrito 1,5 a 2,0.
Um dos acidentes mais conhecidos com barragens de concreto gravidade é a ruptura da Barragem de St. Francis, California (EUA), em 1928, aparentemente por enfraquecimento e dissolução do material de preenchimento de uma falha e de uma camada de conglomerado da fundação (https://www.youtube.com/watch?v=-ibvUxv1-lM&ab_channel=PlainlyDifficult)
Nesses tipos de barragens de concreto-gravidade, os defeitos geológicos mais prejudiciais são as descontinuidades ou as camadas de baixa resistência ao cisalhamento, sub-horizontais, próximas ao contato concreto-rocha (figura 2).Quando a inclinação destas descontinuidades com a horizontal é mais acentuada - superior a 30 graus, por exemplo - a influência é menos sensível. Em geral, defeitos subverticais são moderadamente significativos quando localizados, em bora, as vezes, possam criar zonas de permeabilidade mais elevada ou problemas de recalques diferenciais.
A subpressão (U) podeatuar não apenas na base, mas em quaisquer descontinuidades da fundação. Nas barragens de concreto-gravidade, ela costuma se reduzida por meio de furos de drenagem, abertos a partir de uma galeria localizada próximo à base e ao paramento de mpntante. O critério de cálculo usual é o de adimitir que a linha de renos, a subpressão é reduzina a 1/3 do valor máximo (figura 1). Outra medida normalmente tomada é a de injetar a fundação com calda de cimento, para reduzir as vazões de infiltração a valores facimente controláveis pela drenagem e garantir a eficiência do sistema na redução das subpressões.
Os esforços na barragem e na fundação não devem exceder as tensões admissíveis do concreto ou da rocha. Com o reservatório cheio, os esforços de compressão máximos ocorrem no pé de jusante. Uma ordem de grandeza desses esforços pode ser estimada, em Mpa, pela relação 2,5H/100, sendo (H) a altura da barragem (2,5 Mpa para uma barragem de 100 m de altura, por exemplo). Pode-se notar que esses valores não são muito elevados, quando comparados com a resistência usual dos maciços rochosos de boa qualidade (tabela 1), desde que não prejudicados por defeitos geológicos ou alteração.
Tabela 1. Classificação de rochas quanto à resistência.
CLASSE DE ROCHA | SIMBOLO | Resistência à Compressão (MPa) | Módulo de elasticidade (GPa) |
Muito resistente | R1 | > 120 | > 50 |
Resistente | R2 | 120 a 60 | 50 a 20 |
Pouco resistente | R3 | 60 a 30 | 20 a 5 |
Branda | R4 | 30 a 10 | 5 a 1 |
Muito branda | R5 | < 10 | < 1 |
Em rochas resistentes, as pressões transmitidas ao maciço provocam deformações muito pequenas, antes que as reações da fundação restabeleçam o equilibrio. Somente quando o módulo de deformabilidade do maciço (Em) é muito baixo, bem inferior ao do concreto (Ec), os recalques começam a originar concentrações de tensões na própria estrutura de concreto. Segundo Rocha (1981), estas concentrações se iniciam pra relações (Em/Ec) menores do qe 1/8 e agravam-se para relações inferiores a 1/16. Como o módulo de concreto-massa está em torno de 25.000 a 30.000 MPa, siginifica que a deformabilidade de uma fundação de barragem concreto-gravidade torna-se preocupante para valores de (Em) inferiores a 3.000 a 1.000 MPa. Em termos de resistência à compressão e módulos de deformabilidade, portanto, as exigencias das barragens de concreto-gravidade são moderadas, sendo possível construi-las, quando de baixa altura, até mesmo sobre rochas brandas ou alteradas. Entretanto, as condições podem se agravar bastante quando a heterogeneidade da fundação pode gerar recalque diferencial entre blocos constituintes da barragem.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABGE – Associação Brasileira de Geologia de Engenharia, Geologia de Engenharia, ABGE, 1998
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