ASPECTOS RELEVANTES NO ESTUDO DE BARRAGENS EM ARCO

3.4.1 Geometria do vale

Diferente de uma barragem de gravidade, uma barragem em arco obtém sua estabilidade não só pelo seu peso próprio, mas, em grande medida, pela transmissão das cargas impostas por ação do arco nas paredes do vale. A geometria do local da barragem é, portanto, a consideração mais básica na seleção de uma barragem em arco e muito influencia visto que os comprimentos dos arcos dependem deste fator. Por exemplo, em vales mais largos os arcos seriam mais compridos e, consequentemente, seriam mais flexíveis em relação a rigidez das vigas em balanço e, por isso, uma parte proporcionalmente maior da carga seria transportada por ação das vigas. Por esta razão, a espessura dos arcos de uma barragem em um local largo não seria tão reduzida como poderia ser num local mais estreito (USACE, 1994).

Através da relação comprimento/altura (L/h) obtém-se, do modo mais simples, a definição da forma de um vale na perspectiva de local de construção de uma barragem. Por exemplo, uma barragem em arco deve ser a primeira consideração para um local com relação L/h de 3 ou menos. Para locais que têm relações L/h entre 3 e 6, uma barragem em arco ainda pode proporcionar a estrutura mais exequível dependendo da extensão da escavação da fundação necessária para alcançar material adequado. O efeito de outros fatores além da relação entre o comprimento e a altura torna-se muito mais influente no processo de seleção para locais de barragens com relações comprimento-altura superior a 6. Ainda assim, após feito um estudo cuidadoso com consideração dada aos requisitos de desvio, disponibilidade de material de construção e requisitos de funcionamento do vertedouro e da descarga, é possível que a barragem em arco seja comprovada como uma opção viável

com um projeto de barragem de gravidade (USACE, 1994). A Figura 3.5 mostra relações L/H do vale e o respectivo perfil da barragem adequado.

Figura 3.5 - Relação L/H do vale e o perfil da barragem adequado (Pedroso, 2002)

A forma global do local é classificada em estreito-V, amplo-V, estreito-U, ou amplo-U, como mostrado na Figura 3.6.

Figura 3.6 – Perfis esquemáticos dos variados locais de barragens (USACE, 1994, modificado)

Um local estreito-V teria uma relação L/H de 2 ou menos. As paredes do vale nesse caso são geralmente em linha reta, com poucas ondulações e convergem para um leito estreito. Este tipo de local é preferível para barragens em arco uma vez que a carga aplicada será transferida para a rocha predominantemente pela ação do arco. Os arcos nestes casos serão geralmente uniformes em espessura, e a seção transversal será quase vertical com uma ligeira curvatura na coroa do arco. As faces da barragem serão provavelmente circulares no plano e a barragem será relativamente delgada. Para se evitar tensões de tração excessivas

no arco, deve ser utilizada sempre que possível uma disposição que proporcione maior curvatura nestes elementos. Em alguns locais, pode ser necessário o uso de arcos de espessura variável com uma variação na localização de centros do arco circular para que uma maior curvatura nos arcos inferiores seja obtida. O centro de um arco é descrito a partir de uma linha vertical no eixo da barragem. As faces da barragem são descritas por esses centros e a quantidade de centros determina se os arcos têm espessura uniforme ou variável e se têm raios constantes (arcos circulares) ou variáveis (arcos parabólicos, elípticos, etc.).

Um local amplo-V teria um L/H de 5 ou mais. O limite superior para L/H para barragens em arco é de cerca de 10. As paredes do vale têm ondulações mais pronunciadas, mas geralmente convergem para um formato em V menos pronunciado abaixo do leito do rio logo após a escavação. A maior parte da carga será transferida para a rocha pela ação do arco e os arcos serão geralmente uniformes em espessura com algum possível aumento na espessura perto dos encostos laterais. A coroa da seção transversal central, nesse caso, terá maior espessura e curvatura de base do que em uma barragem em um vale estreito-V de mesma altura. Os arcos seriam mais espessos que aqueles em um local estreito-V.

Em locais de estreito-U, as paredes do vale são quase verticais na metade superior. A largura do leito do rio é grande, isto é, possivelmente a metade da largura do vale na crista. Acima do primeiro quarto de altura, a maior parte da carga será transferida para a rocha pela ação do arco. Abaixo do segundo quarto de altura em direção ao ponto mais baixo, a carga vai ser cada vez mais suportada pela ação da viga em balanço. Nesse caso as vigas em balanço se tornariam curtas e grossas, enquanto os arcos seriam ainda relativamente longos. Os arcos superiores serão uniformes em espessura, mas tornam-se variáveis na espessura a medida que se aproximam do leito de rio. A parte superior da viga em balanço terá mais curvatura nesse caso do que num local estreito-V de mesma altura. As faces serão geralmente circulares no plano e os arcos serão finos por causa do local estreito. Em barragens construídas em gargantas em forma de U, os arcos inferiores têm comprimentos de corda quase tão longos quanto aqueles perto do topo.

Locais amplo-U são os mais difíceis para um projeto de barragem em arco porque a maioria dos arcos são longos. No quarto inferior da altura, grande parte da carga é transportada pela ação da viga em balanço porque os arcos longos flexíveis transportam

pressão da água. A variação da espessura do arco na direção horizontal pode variar de uniforme na crista a variável no leito de rio. A parte superior da viga em balanço, neste caso, deve ter a maior curvatura comparada a qualquer tipo de local.

A simetria do vale é também um aspecto importante uma vez que proporciona à barragem uma distribuição de tensões também simétrica. Para além das formas anteriormente descritas, o local da barragem também é descrito como simétrico ou não simétrico. Em geral, os locais não são absolutamente simétricos, mas são considerados simétricos se os comprimentos do arco em cada lado diferir menos de cerca de 5 por cento entre 0,15H e 0,85H. Vales não simétricos resultam em barragens com arcos mais longos de um lado da coroa da viga em balanço do que o outro. O lado mais curto com a parede mais íngreme terá raio mais curto e manifestará mais ação do arco, enquanto que o lado mais comprido, de encosto no declive mais plano, terá menos ação do arco e será relativamente mais espesso. Barragens para tais locais irão, possivelmente, ter dois planos de referência, um para cada lado, mas com uma coroa da viga em balanço comum. Em alguns casos, o raio do eixo pode ser diferente em cada lado e os arcos podem ser uniformes ou variáveis na espessura. A chance de se obter uma região de concentração de tensão é maior em uma barragem em arco cujo perfil não é simétrico. Em alguns casos, a melhoria de um local não simétrico através de um ou de uma combinação dos seguintes métodos podem ser garantidas: através da escavação mais profunda em locais apropriados, da construção de um encosto artificial, ou por meio da reorientação e/ou reposicionamento da barragem (USACE, 1994). A Figura 3.7 mostra vistas em planta de barragens em arco típicas em vales simétrico e não-simétrico.

(a) (b)

Figura 3.7 (a) – Barragem em arco de espessura variável com centro único típica em um vale simétrico e (b) barragem em arco de espessura variável com dois centros típica em um

vale não-simétrico (USACE, 1994)

3.4.2 Fundação

USACE (1994) explica que, devido à sua pequena área de contato barragem-fundação, em comparação com outros tipos de barragens, uma barragem em arco exerce uma pressão de rolamento maior sobre a fundação. Com a finalidade de seleção do local, uma fundação com uma resistência à compressão suficiente para transportar a carga de uma barragem de gravidade também seria satisfatória para uma barragem em arco. Deve-se reconhecer que muito raramente as fundações são formadas por um único tipo de rocha de resistência uniforme e que a resistência à compressão é apenas um valor médio que representa de forma eficaz toda a fundação. Barragens em arco são capazes de abranger zonas fracas de fundação e a presença de falhas e cisalhamentos não afeta de forma significativa as tensões na barragem desde que a espessura de uma zona fraca não seja mais do que cerca de uma vez a espessura da base da barragem.

O comportamento de deformação da fundação tem um efeito direto sobre as tensões na barragem. Os valores mais baixos de módulo de deformação da fundação, reduz a tensão na base da barragem ao longo da fundação e, por outro lado, uma fundação com valores altos de módulo de deformação resulta em tensões de tração mais elevadas ao longo da base. É, portanto, importante determinar o módulo de deformação da fundação, na primeira

evitadas. No caso de se tratar de baixos valores de módulos de deformação, a fundação não deve ser considerada inadequada unicamente em função disso. É possível, ainda, que tratamentos sejam feitos para melhorar o desempenho e a deformação da fundação para que um novo módulo de deformação seja considerado e utilizado na concepção da barragem. Além disso, em ocasiões especiais, encostos artificiais podem ser utilizados na ausência de encostos adequados. Pode ser que seja necessária a escavação da fundação para que áreas fracas sejam removidas e para que seja fornecida uma base sólida capaz de suportar as cargas aplicadas. No entanto, deve-se ter atenção a este fato visto que uma barragem em arco pode ser inviável economicamente dependendo da extensão da escavação necessária para alcançar material adequado para fundar a estrutura (USACE, 1994).