Escolha da Fundação

Entre as características de avaliação inicial para a escolha e execução da fundação em uma  barragem estão:

 Estanqueidade:

Quando não há a necessidade de deixar uma vazão mínima a jusante.  Estabilidade:

Onde o aterro deve ser compatível com a fundação.  Homogeneidade:

Retira-se o material do trecho que não que esteja permitindo essa característica na  barragem.

Mas é preciso também avaliar as consequências geradas pela má escolha no que se refere aos materiais que constituirão esta estrutura.

Como exemplo deste fato, podem ser citados alguns problemas gerados por resultado de um material ineficiente:

Rochas: As rochas fraturadas possuem falta de estanqueidade, risco de perda da estabilidade devido ao baixo contato maciço-fundação, resistência a dureza reduzida no tipo que apresente arenito.22

As rochas não fraturadas possuem também risco de perda de estabilidade e resistência a dureza reduzida, mas apresenta boa estanqueidade.

Solos Granulares: Os solos granulares fofos apresentam problemas de estabilidade e baixa coesão quando compostos por areias finas e apresentam alta permeabilidade. Já os solos granulares compactos apresentam o problema de alta permeabilidade.

O  piping   é a causa mais frequente de problemas neste tipo de material, devido a alta

 permeabilidade, já que a água de percolação, ao atingir a superfície, no lado a jusante, tende a arrastar as partículas constituintes e iniciar um processo de erosão interna.

Solos Moles: Os solos finos rijos 23não apresentam problemas, já os solos finos moles

24_{apresentam baixa estabilidade devido à ruptura por cisalhamento e recalques excessivos.}

Em contrapartida aos problemas relacionados, determinam-se medidas de prevenção a estes fatos, sendo estes:

2.3.2.1. Fundações Rochosas

Uma das medidas de prevenção de problemas em fundações rochosas é fazer a raspagem da camada superficial, tornando a superfície da rocha regular para permitir a compactação diretamente na rocha.

22 _{Arenito: O termo arenito corresponde à areia litificada. É composto por quartzo, feldspato (ou outros minerais}

de origem ígnea) e fragmentos líticos (Wikipédia, 2011).

23  _{Finos rijos: solos com menor capacidade de serem moldados sob certas condições de umidade (GOMES,}

2005).

24 _{Finos moles: solos com maior capacidade de serem moldados sob certas condições de umidade (GOMES,}

Outra medida seria de prevenção é o procedimento de execução de um dente ( Key Trench),

que consiste em quebrar a descontinuidade entre maciço e fundação, e interromper de uma  possível percolação no contato maciço-fundação. Seria uma execução de um dente com solo

impermeável compactado (Figura 18).

Figura 18 –  Execução de um Key Trench.

Fonte: Gomes (2005).

Uma alternativa variada é a de prevenção para fundações rochosas seria a injeção de cimento, como mostra a Figura 19, que tem como finalidade torná-la impermeável e consolidada, reduzindo a descarga freática 25e controlando a pressão da água nas fraturas no trecho a  jusante da barragem.

Figura 19 –  Injeção de cimento em rocha.

Fonte: Gomes (2005).

Entre as etapas do processo de injeção estão perfuração dos furos da rocha, limpeza do furo e do local, ensaio de perda d’água e bombeamento de calda de cimento para dentro dos furos.

Os furos podem ser verticais ou inclinados, sendo que os últimos apresentam maior eficiência.

25 _{Descarga Freática: Saída da água subterrânea para a superfície, movimento inverso da infiltração (GOMES,}

A pressão de injeção está em função do tipo e descontinuidade da fratura, resistência,  permeabilidade e histórico da rocha, além da consistência da calda a ser usada, forma do vale

e profundidade do furo a ser preenchido.

Segundo avaliação de Gomes (2005), entre as vantagens de execução do furo, (antes da etapa de construção do maciço), está na redução do cronograma.

A calda preenche os espaços ou furos remanescentes no contato maciço-fundação; algumas fraturas ou planos de ruptura desenvolvidos durante a construção serão preenchidos.

As desvantagens do procedimento de injeção antes são o perigo de erosão no contato maciço- fundação devido às pressões de teste e limpeza dos furos e pressões altas que fraturam o maciço.

A vantagem no processo de injeção depois da etapa de execução do maciço é a observação real do processo de percolação, definindo a necessidade ou não de injetar. E entre as desvantagens de injeção depois da etapa de execução está o menor controle do processo de injeção e o alto custo.

2.3.2.2. Fundações em solos permeáveis

As fundações em solos permeáveis apresentam como causa dos problemas a falta estabilidade, característica de solos de areias fofas de baixa densidade e a falta estanqueidade, característica de solos de areias fofas e compactas.

Uma medida de resolução desse problema seria a execução de uma trincheira de vedação impermeável, escavada e recompactada (Cut-Off ), trata-se de uma escavação, feita no solo de

fundação, que é preenchida com solo compactado, a qual pode ser executada na vertical ou inclinada, cuja finalidade desse processo é a impermeabilização da camada de areia na fundação, eliminando ou reduzindo a percolação, como mostra a Figura 21. É como se o aterro da barragem se prolongasse para baixo, nas fundações.

Quando, num perfil de subsolo, a permeabilidade aumenta com a profundidade, existindo um maciço rochoso muito fraturado, não se devem usar trincheiras de vedação, pois a água tende a escapar por entre as fendas.

Para Gomes (2005), um aspecto limitante desse procedimento são os custos elevados, prazos longos de execução e a necessidade de rebaixamento do lençol freático por poços filtrantes ou  bombeamento direto (ver Figura 21), obtendo o esgotamento para construção da fundação na

trincheira26.

Figura 20 –  Execução de Trincheira de Vedação Impermeável.

Fonte: Gomes (2005).

Outra medida para prevenção de problemas em fundações em solos permeáveis é a execução da trincheira parcial quando há a ocorrência de lentes de material, impermeável, distribuídas na fundação, conforme a Figura 22.

Esse procedimento é indicado para pequenas barragens, tem baixo custo e menor influência no processo de redução da vazão e pressões para uma penetração de 95%. Para uma  penetração de 80% há a redução da percolação em 50%.

Pode-se também executar o processo de cortinas27 impermeabilizantes tipo cortina estacas – 

 pranchas (Figura 23). Sua utilização é restrita devido ao custo elevado e a existências de matacões ou rochas alteradas que causam descontinuidade na cravação, tendo como consequência a elevada percolação nos pontos de fuga.

26 _{Trincheira:  Escavação aberta no solo no sentido longitudinal (Dicionário Online de Português: todas as}

 palavras de A a Z., 2011).

27  _{Cortinas: Método de contenção periférica de solos onde os elementos principais dessa estrutura são}

Figura 21 –  Execução de Trincheira Parcial.

Fonte: Gomes (2005).

Figura 22 –  Processo de Cortina Impermeabilizante.

Fonte: Gomes (2005).

Para Gomes (2005), as cortinas impermeabilizantes tipo diafragma moldado “in situ” são

classificadas como plástica ou rígida, é um misto de cortina de injeção e cortina prancha. É uma solução moderna, que consiste na escavação de uma vala estreita e há o seu  preenchimento com uma mistura de solo cimento (diafragma plástico) ou com concreto

(diafragma rígido).

A escavação é feita com equipamento mecânico apropriado, até o substrato impermeável, com o uso de lama bentonítica, mantém a estabilidade das paredes da vala. A ferramenta de escavação da vala, o Clam-Shell é que dita as dimensões da vala, que é feita em painéis.

Os diafragmas plásticos possuem a vantagem de serem mais deformáveis que os diafragmas rígidos, que, por recalques diferenciais, podem ocasionar fissuras ou trincas no contato aterro- topo da parede, perdendo a estanqueidade. Uma solução pra esse imprevisto é colocar argila mais plástica, compactada acima da umidade ótima, para evitar os fissuramentos.

A Trincheira “Slurry Trench” é uma alternativa de pr evenção indicada quando existe a

dificuldade de escavação de deposito de areia, pedregulho, cascalho grosso, matacões etc. Em  profundidades acima de 25 m.

O sistema envolve a execução de uma cortina impermeabilizante, sem esgotamento, por meio de escavadeira e preenchimento com lama bentonítica, o que permite o posterior lançamento do aterro como mostra a Figura 24.

Figura 23 – Trincheira “Slurry Trench”.

Fonte: Gomes (2005).

O trabalho de Gomes (2005) mostra que este tipo de trincheira trás como vantagem a  possibilidade de execução da mesma em terrenos onde há presença de matacões e de cascalhos grossos, execução em aluviões28 altamente permeáveis associado em nível d’água

elevado, não necessita de rebaixamento de lençol freático.

Possui a desvantagem da dificuldade de escavar um engastamento dentro da rocha alterada, dificuldade de escavação de materiais duros e compactos, exercendo dificuldade de retirada de material, principalmente em grandes profundidades, resistência menor dos materiais de  preenchimento da trincheira.

O Tapete impermeabilizante é um método que consiste no prolongamento da barragem de aterro para montante (Figura 25), com o objetivo de aumentar o caminho de percolação. Com isto consegue-se aliviar as pressões neutras 29a jusante; diminuir os gradientes de saída, efeito também alcançado pelas soluções anteriores, mas a um custo bem mais elevado; e reduz a

vazão de perda d’água, mas de forma bem menos eficiente que as soluções anteriores.

28 _{Aluviões: Depósitos recentes de sedimento inconsolidado que se forma ao longo das margens dos rios e nas}

desembocaduras dos cursos d'água com alguma massa de água parada (lago, laguna ou mar) (Dicionário Online de Português: todas as palavras de A a Z., 2011).

29_{Pressões neutras: Pressão a que está submetida a água que se encontra nos poros existentes entre as partículas}

de um solo (GOMES, 2005).

Figura 24 –  Tapete Impermeabilizante.

Fonte: Gomes (2005).

O Dreno de pé (Figura 26) apresenta-se como mais uma opção ao tratamento de fundações de  barragens. Tem como objetivo ser um coletor de águas freáticas dos filtros e transportá-las ao

Figura 25 –  Dreno de Pé.

Fonte: Gomes (2005).

A Figura 27 mostra o esquema dos Poços de alívio, que tem a finalidade de controlar as  pressões de percolação.

Figura 26 –  Poços de Alívio.

Fonte: Gomes (2005).

São poços abertos, com espaçamento de 15 a 30m, preenchidos com material granular, mais

 permeável que o solo de fundação, com o objetivo de controlar a saída d’água, impedindo a

saída vertical, junto ao pé do talude à jusante, levando ao fenômeno de areia movediça ( sand boil ) ou ao levantamento do solo (blow out ), podendo ocasionar o piping .

Esse tratamento apresenta como desvantagem a requisição permanente de inspeção e manutenção, onde os poços devem ser substituídos periodicamente. Outra desvantagem é a diminuição do caminho médio de percolação, aumentando a percolação subterrânea.

2.3.2.3. Fundações em solos impermeáveis –  solos saturados

Uma alternativa ao tratamento de fundações em solos saturados é a substituição das camadas de solo de baixa resistência por material de qualidade técnica superior, geralmente o do maciço compactado. Entretanto, possui como fator limitante a profundidade da camada.

Segundo Gomes (2005), outra solução para fundações de barragem é o aumento da área de distribuição das tensões de cisalhamento com a construção de bermas30 de equilíbrio (Figura 28) ou da redução da inclinação do talude (Figura 29). Esses procedimentos proporcionam aumento da área de assentamento da barragem.

Figura 27 –  Bermas de Equilíbrio.

Fonte: Gomes (2005).

Figura 28 –  Redução da Inclinação do Talude.

Fonte: Gomes (2005).

A construção por etapas (conforme a Figura 30) vem ser mais um recurso que facilita a expulsão da água dos poros do solo. Esse método dissipa as pressões neutras, consolidando o solo e fazendo-o ganhar resistência.

Figura 29 –  Construção por Etapas.

Fonte: Gomes (2005).

30  _{Bermas: Passagem estreita que separa uma trincheira, um fosso, um canal etc., das terras de escavação;}

A drenagem com estacas de areia (Figura 31), devido ao seu alto custo, é utilizada apenas em médias e grandes barragens. Permite o alívio gradual das pressões neutras, em contrapartida aumenta a tensão efetiva 31da fundação, (GOMES, 2011).

Figura 30 –  Drenagem por Estacas de Areia.

Fonte: Gomes (2005).

2.3.2.4. Fundações em solos impermeáveis –  solos não saturados

Conforme os estudos de Gomes (2005), entre as soluções para esse tipo de solo estão: a compactação dinâmica que consiste num pré-umedecimento e compressão de grandes espessuras de solos, e a cunha anticisalhante (shear key) que tem o objetivo absorver parte das

tensões de cisalhamento (Figura 32).

Figura 31 –  Cunhaanticisalhante “shear key”.

Fonte: Gomes (2005).

31 _{Tensão Efetiva: Tensão transmitida pelos contatos entre partículas, respondendo pelas características de}