Nota-se que, novamente, foi utilizado um conceito linear puramente geométrico, que tem como vantagem a extrema simplicidade e facilidade de uso.
Conclui-se que os critérios não levam em consideração as condições geológico- geotécnicas dos materiais que constituem as fundações da barragem, sendo utilizados, indistintamente, tanto para uma rocha de fundação contínua e isotrópica, quanto para um maciço completamente fraturado e anisotrópico.
Ressalta-se que estes critérios foram estabelecidos para valores padrão de diâmetro, espaçamento e comprimento dos drenos. Portanto, em princípio, tais critérios só devem ser utilizados quando aqueles padrões são adotados.
2.3.4 – Pr oblemas r elacionados à utilização de cr itér ios geométricos
No caso das barragens de terra, as subpressões são determinadas através da solução da equação de Laplace, admitindo-se a validade da lei de Darcy, conforme discutido no Capítulo 3.
A solução da equação de Laplace é, geralmente, expressa através de uma rede de fluxo que fornece os elementos necessários para a determinação das pressões, velocidades, vazões e gradientes hidráulicos, em qualquer ponto da rede.
O traçado de redes de fluxo, tanto no corpo de barragens de terra quanto de suas fundações, vem sendo realizado, de forma rotineira, pelos projetistas de barragens há mais de meio século. Embora as barragens de terra sejam estruturas tridimensionais, a análise de seções bidimensionais, para regiões distantes das ombreiras, conduz a resultados satisfatórios.
Entretanto, o fluxo de água nas fundações rochosas de barragens de concreto é um problema de natureza tridimensional, sendo esta característica imposta, essencialmente, pela presença de drenos perfurados na rocha de fundação. Por outro lado, os fluxos nos drenos e juntas, via de regra, apresentam comportamento não linear.
Estas dificuldades fazem com que o traçado de redes de fluxo para as fundações das barragens de concreto seja raramente realizado. Nestes casos, o traçado de redes de fluxo depende da adoção de diversas simplificações, que consideram a fundação como um meio poroso isotrópico. Estas análises, por efeito das simplificações adotadas, não apresentaram resultados satisfatórios.
As dificuldades mencionadas levaram os projetistas a adotar os critérios de projeto descritos anteriormente nos subitens 2.3.1, 2.3.2 e 2.3.3, que permitem a estimativa das subpressões na base de uma barragem de concreto, necessárias para as análises de estabilidade desta estrutura. A adoção destes critérios permite a realização das análises de estabilidade sem a necessidade do traçado de redes de fluxo. Estes critérios, desenvolvidos nos anos trinta, são utilizados, até hoje, pelos projetistas de barragens de concreto.
Da Silva & Da Gama (2003) dizem que, além da já mencionada facilidade de aplicação, uma justificativa adicional para a utilização destes critérios repousa, exatamente, no argumento de que, embora não possuam embasamento teórico, os critérios descritos são conservadores, trabalhando, sempre, pelo lado da segurança.
Este argumento, entretanto, não procede, como se pode observar na Figura 2.6, que mostra gráficos onde estão indicadas as subpressões observadas em algumas barragens construídas nos EUA, comparadas com os diagramas de subpressões traçados com base no critério do USBR.
Figura 2.6 – Subpressões no contato barragem fundação x critério USBR. Reproduzido de Da Silva & Da Gama (2003).
Da Silva & Da Gama (2003) relembram que, através do desenvolvimento dos arranjos, algumas estruturas de vertedouros passaram a contar com uma galeria de drenagem adicional, localizada a jusante, conforme indicado na Figura 2.7 (a). Outras passaram a contar com bacias de dissipação do tipo indicado na Figura 2.7 (b).
Figura 2.7 – Complexidade das estruturas dos vertedouros.
Além disto, passaram, também, a ser utilizadas estruturas de tomada d’água e casa de força acopladas, com várias galerias de drenagem, conforme indicado na Figura 2.8.
Figura 2.8 – Complexidade das estruturas tomada d’água e casa de força.
Em contrapartida, avaliando as condições geológicas locais, pode ocorrer a necessidade de se estabelecerem valores para as subpressões atuantes, não na base da barragem, mas ao longo de uma ou mais feições geológicas situadas na fundação da estrutura, próximo ao contato do concreto com a rocha, conforme mostrado na Figura 2.9.
Figura 2.9 – Feição geológica nas proximidades do contato do concreto com a rocha. Como mencionado anteriormente, as diferenças de critérios podem variar entre organizações, ou mesmo entre profissionais da área, conduzindo a estimativas de subpressão bastante diferentes umas das outras.
De qualquer forma, através de análise da equação de estabilidade, Equação 2.1, FSd ≥ [C.L + (V-U) tgØ]/H (2.1) nota-se que o coeficiente de segurança à ruptura por cisalhamento de uma barragem pode ser aumentado através do incremento do peso da barragem ou da diminuição das subpressões atuantes na sua base, por meio de uma ou mais das seguintes intervenções: 1Alteração das dimensões da estrutura ou até mesmo atirantamento, visando aumentar o seu peso;
2Rebaixamento do nível das fundações da barragem, procurando materiais mais competentes, aumentando o peso da estrutura e o empuxo passivo;
3Projeto de um sistema de drenagem subsuperficial que reduza os valores da subpressão.
Dentre as alternativas propostas, a terceira intervenção seria a solução mais econômica. Esta solução, entretanto, não pode ser utilizada dentro do contexto dos critérios de
subpressão discutidos, onde o diagrama é constante para uma determinada geometria da estrutura.
Como pode ser observado, os critérios de projeto desenvolvidos pelos órgãos regulatórios americanos são bastante simples e não contemplam estruturas com geometria complexa.
Pode-se afirmar, neste ponto, que a utilização dos critérios de projeto leva, na maioria das vezes, ao projeto de estruturas antieconômicas e, em alguns casos, ao projeto de estruturas inseguras.
Finalmente, como última desvantagem dos critérios de projeto, cita-se sua incapacidade de permitir uma estimativa das vazões coletadas pelos drenos, necessária para o dimensionamento das bombas de recalque instaladas nas galerias de drenagem.
Da Silva & Da Gama (2003) propõem que, para a concepção de novas barragens de concreto-gravidade, seja adotada a mesma metodologia utilizada em barragens de terra e/ou enrocamento, que consiste na determinação da subpressão através de análises de fluxo adequadas. Esta metodologia, consubstanciada no modelo DW3D, e descrita a seguir, foi utilizada nos presentes estudos.