História dos Aterros Hidráulicos

A técnica de aterros por meios hidráulicos já era utilizada nos princípios da civilização como alternativa construtiva sendo uma prática muito comum entre o povo egípcio (Espósito, 2000). Segundo Ribeiro (2000) no início do século XX a mesma técnica era utilizada pelos americanos como uma forma alternativa e barata de transporte de areia e pedregulho, sendo responsável pela construção de grandes aterros, como barragens, que chegavam atingir mais de 80 m de altura com volume transportado de material por volta de 200 milhões de metros cúbicos.

Contudo, estas obras eram realizadas de forma quase empírica, baseando-se em experiências de projetos anteriores. Apenas a partir de 1925, com o reconhecimento da Mecânica dos Solos como ciência é que a qualidade técnica dos aterros passou a ter controle mais rigoroso.

Santos (2004) relata que muitos insucessos referentes a este tipo de estruturas foram reportados na literatura, sendo que aproximadamente 60% das rupturas observadas ocorreram

devido a projetos inadequados e falta de controle sobre os métodos construtivos ainda na fase de execução do barramento.

Observou-se que os problemas de ruptura estavam geralmente associados ao adensamento lento sofridos pelo núcleo em oposição à elevada velocidade de construção do aterro. Hazen em 1920, citado por Ribeiro (2000), propôs algumas medidas construtivas a serem incorporadas de forma a aumentar a segurança deste tipo de obra:

• Utilização do enrocamento de pé, com objetivo de controlar as infiltrações e estabilizar o talude de jusante;

• Remoções das frações finas coloidais do núcleo, admitindo-se no máximo 10% de partículas com diâmetro inferior a 0,01 mm, com objetivo de acelerar o adensamento do núcleo durante a fase de construção;

• Redução da largura do núcleo e aumento da largura do espaldar, com intuito de estabilizar o aterro;

• Realização da compactação dos espaldares, com a finalidade de reduzir o índice de vazios do aterro e por conseqüência reduzir o risco de liquefação.

Ainda assim, mesmo com as medidas propostas por Hazen (1920), após a ruptura por liquefação de um espaldar da barragem de Fort Peck no final da década de 30, os americanos optaram por adotar os aterros compactados convencionais com solução para execução de suas barragens.

A partir de então, os grandes colaboradores para o desenvolvimento da técnica do aterro hidráulico foram os soviéticos e chineses. Entre 1947 e 1973, a técnica do aterro hidráulico foi largamente utilizada, sendo construídas mais de 100 barragens na Rússia e demais repúblicas da ex-União Soviética. Durante este período foram observadas apenas algumas rupturas não significativas. Mais de 600 km de estruturas como barragens, diques de proteção, quebra mares, ensecadeiras, e aterros submersos foram construídas utilizando esta técnica, totalizando um volume de material superior a 800 milhões de metros cúbicos (Ribeiro 2000).

Acredita-se que o emprego e desenvolvimento desta técnica pelos soviéticos, se deva ao fato de que houve baixo desenvolvimento dos equipamentos de compactação nos países socialistas, aliados ao baixo custo construtivo deste tipo de obra.

Ribeiro (2000) enumera três seções básicas para execução de barragens hidráulicas utilizadas pelos soviéticos, sendo elas:

• Seção heterogênea com núcleo central e espaldares de areia;

• Seção homogênea construída com materiais com coeficiente de uniformidade inferior a 2; • Seção mista com espaldares compactados e o centro preenchido com materiais lançados

hidraulicamente.

Cada uma destas seções possui características particulares tendo também vantagens e desvantagens específicas. As barragens heterogêneas eram seções muito comuns na União Soviética. A seção típica se assemelha a um perfil zonado, onde existe um núcleo constituído de material menos permeável que os espaldares. Este tipo de barragem apresenta problemas com o tempo e com a qualidade de material empregado, condicionado ao processo de adensamento do núcleo. Devido a este aspecto a tecnologia soviética tem privilegiado mais as seções homogêneas (Ribeiro 2000). A Figura 2.3 mostra um esquema de uma seção típica de uma barragem heterogênea.

Figura 2.3 - Seção típica de uma barragem heterogênea (modificado - Ribeiro, 2000).

As barragens de seção homogênea são caracterizadas pela utilização de apenas uma única distribuição granulométrica que preenche toda a seção constituinte do aterro. Neste caso, a mistura de solo e água flui livremente sobre distâncias longas, formando taludes bem abatidos e sem utilização de diques para contenção do material.

Esta seção típica é normalmente adotada pelas mineradoras brasileiras como alternativa para deposição de seus rejeitos granulares, tendo em vista que não existe restrição ao volume de material a ser utilizado. A Figura 2.4 mostra esquematicamente a seção típica de uma barragem homogênea.

Figura 2.4 - Seção típica de uma barragem homogênea (modificado - Ribeiro, 2000).

A barragem com seção mista (Figura 2.5) consiste em uma técnica que engloba os procedimentos de construção tradicionais em conjunto com os procedimentos de aterro hidráulico. Neste tipo de seção inicia-se a construção pelos espaldares utilizando equipamentos convencionais e posteriormente preenche-se o vão central utilizando o método de aterro hidráulico. Desta forma, limita-se a largura da barragem, economizando material de construção a ser empregado, além de reduzir o risco de ruptura da estrutura por efeito sísmico, devido ao aumento de resistência. Vale ressaltar que a economia de material é de interesse para barragens com outras finalidades que não a deposição de rejeito, uma vez que para as minerados a melhor solução é aquela que permite a utilização do maior volume de material o possível.

Figura 2.5 - Seção típica de uma barragem mista (modificado - Ribeiro, 2000).

Grishin (1982) apresenta algumas vantagens do método de construção por aterro hidráulico quando comparado com os aterros construídos por técnicas convencionais:

• Alta capacidade construtiva, sendo possível executar mais de 200.000 m3 de aterro por dia.

• Mecanismos de construção relativamente simples quando comparado com os métodos convencionais.

• Menor exigência de mão de obra humana. • Menor custo unitário da obra.

• Aplicabilidade a uma larga faixa de materiais.

• Possibilidade de separação de partículas do material de construção.

• Conveniência de trabalhar com materiais que se encontram na forma de polpa, que permite a construção de barragens em fundações de solos colapsíveis.

Como desvantagens do método, Grishin (1982) destaca:

• Necessidade de maiores exigências em relação à composição do solo do aterro, que nem sempre se encontra disponível no local.

• Maiores cuidados quando a polpa é transportada em tubulações sob pressão.

• Grande utilização de metais, sujeitos a desgaste por atrito, que devem estar em boas condições de uso.

Apesar da grande evolução das técnicas de aterro hidráulico, bem como a sua grande faixa de aplicabilidade, vale ressaltar que alguns de seus aspectos construtivos ainda não estão bem esclarecidos, tais como mecanismo de formação do aterro e os fatores que afetam as suas propriedades. Sendo assim os projetos de aterros hidráulicos tendem a ser limitados às experiências anteriores, que nem sempre são as formas mais econômica e segura de construção (Espósito, 2000).