Verificação da Segurança

Conforme Baptista e Farinha (2012), nos perfis das barragens gravidade desenvol- vem-se tensões internas relativamente baixas. A segurança deste tipo de obras é condicionada, em regra, pela estabilidade global da estrutura como corpo rígido (deslizamento e derruba- mento) e pelas tensões transmitidas à fundação. Nos casos em que o maciço de fundação apre- senta boa qualidade a pequena profundidade, não sendo assim requerida uma grande entrega da estrutura na fundação, são a verificação da segurança ao deslizamento e a não ocorrência de tensões de tração no pé de montante que condicionam as formas do perfil.

No caso de obra de maior dimensão será ainda necessário fazer verificação adicio- nais das tensões internas e da estabilidade ao deslizamento das superfícies horizontais de corte correspondentes as interfaces das camadas de betonagem, embora isso não condicione, em re- gra, o dimensionamento.

No caso de perfis triangulares de geometria simples, o cálculo das tensões internas pode ser feito, com aproximação suficiente, usando as expressões da flexão composta. Como atualmente existe uma grande disponibilidade de programas de cálculo automático baseados no método dos elementos finitos, o cálculo das tensões pode ser feito, com toda a generalidade, usando este tipo de modelação estrutural, considerando estados planos de deformação (perfil contínuo) e de tensão (pilares na zona dos descarregadores).

Esta opção permite ainda obter os deslocamentos do corpo da obra, embora isso não represente, em regra um condicionamento nas obras de pequena e média dimensão, pois são em geral, deslocamentos de reduzido valor (menores que 1 cm). Na Figura 3.13, estão ilustradas as tensões principais máximas no betão à compressão e à tração.

Figura 3.13 – Tensões principais máximas no betão: a) Devido ao peso próprio; b) Devido ações da água: pressão hidrostática e subpressões; e c) peso próprio e ações da água

(a)

(c)

Fonte: Adaptado de LEC/LNEC (2018).

A segurança das obras de concreto de uma barragem é conceituada pelos princípios estabelecidos na norma brasileira NBR 8681/84 – Ações e Segurança das Estruturas. Para a garantia da segurança global da estrutura e de todos os seus elementos estruturais, deverão ser verificadas e atendidas as condições prescritas na referida norma, para os estados limites últi- mos e de utilização, tendo em conta as combinações das ações correspondentes aos tipos de carregamentos (Eletrobrás, 2003).

A análise de segurança global deve ser feita para todas as estruturas principais, ele- mentos estruturais e sistemas de interação entre as fundações e as estruturas submetidas aos diversos casos de carregamentos e englobará a análise de estabilidade no contato concreto-ro- cha, a análise de estabilidade em planos superiores e inferiores ao da fundação, a análise de tensões e deformações, a definição dos coeficientes de segurança e a verificação entre as tensões atuantes e as tensões admissíveis dos materiais.

Deverá ser dado especial atenção às verificações correspondentes ao Estado Limite Ultimo de Perda de Equilíbrio Global ou Parcial das Estruturas, admitidas como corpo rígido. Nos projetos de barragens estas verificações correspondem as análises de estabilidade, no sen- tido de avaliar a segurança global quanto a movimentos de corpo rígido, tais como:

• Deslizamento em qualquer plano, seja da estrutura, seja da fundação; • Tombamento;

• Flutuação;

• Tensões na base da fundação e na estrutura; • Estabilidade elástica (flambagem);

• Deformações e recalques; e • Vibrações.

Segundo ELETROBRÁS (2003) e USACE (1995), algumas normas portuguesas, seguem a filosofia preconizada pela Comissão Internacional das Grandes Barragens (ICOLD, 1988), na verificação da fiabilidade estrutural de barragens de betão, baseando-se em fatores e coeficientes de segurança globais. Decorrem atualmente, em Portugal e em outros países euro- peus, estudos no sentido da adopção, na verificação da fiabilidade estrutural das barragens de betão, da filosofia dos estados limites (e dos coeficientes de segurança parciais) definida nos Eurocodigos.

Critérios são, no presente contexto, regras que o projeto deve seguir, para se garantir a mais elevada probabilidade de segurança, entendida como a capacidade do conjunto barra- gem-fundação-reservatório cumprir os requisitos de comportamento, por forma e evitar inci- dentes e acidentes. Estes critérios, em muitos aspectos comuns aos diferentes tipos de barragens de betão, apresentam contudo importantes diferenças que convém realçar consoante o tipo de barragem e as deteriorações a que mais frequentemente estão sujeitas.

Cenários são situações que devem ser encaradas para avaliação da fiabilidade das obras (funcionalidade, resistência e a durabilidade) e que se classificam em duas categorias, conforme correspondam às situações de uso normal das obras – cenários correntes, ou de inci- dente – ou atribuíveis a ocorrências excepcionais – cenários de ruptura ou de acidente.

A segurança é, então, verificada para cenários de ruptura, enquanto a funcionali- dade é verificada para cenários correntes. Deve referir-se o estreito paralelismo que existe entre estes cenários e os estados limites de utilização e estados limites últimos, respectivamente, con- siderados, de acordo com os Eurocódigos, em outros tipos de estruturas.

O Art. 31 das Normas de Projeto de Barragens em Portugal (NPB, 1993) define os critérios a observar na verificação da segurança para cenário correntes e de ruptura. Para cená- rios correntes, recomenda-se “que as tensões na fundação, quer em elementos volumétricos quer em juntas e superfícies respeitem o critério de Mohr-Coulomb, definido para valores de pico da coesão com coeficientes de seguranças mínimos entre 3 e 5, e do coeficiente de atrito interno entre 1,5 e 2”.

Já para cenários de ruptura, é recomendado “que as tensões nas superfícies de rup- tura global, tendo em conta as subpressões, satisfaçam o critério de Morhr-Coulomb, definido

para coesão nula e valores residuais do coeficiente de atrito interno, com coeficientes de segu- rança mínima entre 1,2 e 1,5”, sendo estes os critérios que devem ser seguidos na verificação da segurança.

As ações a considerar na verificação da segurança das barragens gravidade devem ser combinadas entre si para representar situações normais de exploração (cenários correntes) ou excepcionais (cenários de ruptura), sendo usual considerar as combinações que constam da Tabela 3.4.

Tabela 3.4 – Combinações de solicitações a considerar na verificação de seguranças para cenários correntes e de ruptura

Cenários correntes

Ações estáticas (NPA) Peso próprio do perfil e ações estáticas da água para o NPA (pressão hidrostática e subpressão)

Combinação sísmica (NPA e SBP)

Peso próprio do perfil e ações estáticas da água para o NPA (pressão hidrostática e subpressão) e SBP (for- ças de inércia no perfil e pressões hidrodinâmicas)

Cenários de ruptura

Ações estáticas

(NMC) Peso próprio do perfil e ações estáticas da água para o NMC (pressão hidrostática e subpressão) Combinação sísmica

(NPA e SMP)

Peso próprio do perfil e ações estáticas da água para o NPA (pressão hidrostática e subpressão) e SMP (for- ças de inércia no perfil e pressões hidrodinâmicas)

Fonte: Adaptado de NPB (1993).

3.6.1. Verificação da segurança ao deslizamento e ao derrubamento

A avaliação das condições de segurança ao deslizamento por superfícies de menor resistência na vizinhança da base da barragem requer o cálculo das resultantes das tensões tan- genciais atuantes e das resistências, para as combinações de solicitações atrás referidas.

Considerando as disposições do Art. 31º das NPB, em que é considerando o critério de ruptura de Mohr-Coulomb, a segurança ao deslizamento é garantida se forem respeitadas as condições apresentadas na Tabela 3.5 e, considerando os efeitos do peso próprio, pressão hi- drostática a montante e a jusante, subpressões e impulso passivo a jusante.

A Tabela 3.5 mostra as condições de verificação da segurança ao deslizamento na interface betão-rocha para cenários correntes e de ruptura.

Tabela 3.5 – Condições de verificação da segurança ao deslizamento na interface betão- rocha para cenários correntes e de ruptura

Cenários correntes

Ações estáticas (NPA) (T − U)V W +   ! + 8G− 8 ≥ 0 Combinação sísmica (NPA e SBP) (T − U) V W +   ! + 8G− (8+ 8+ XY) ≥ 0 Cenários de ruptura Ações estáticas (NMC) (T − U) VE WE + 8G+ 8G G− 8 ≥ 0 Combinação sísmica (NPA e SMP) (T − U) VE WE + 8G + 8G G− (8+ 8+ XY) ≥ 0 Fonte: Adaptado de NPB (1993).

Legenda: W é o peso do perfil de betão: U é a resultante das subpressões na interface horizontal betão-rocha: Iw é a resultante horizontal do impulso hidrostático sobre o paramento de montante; Iwp é a resultante hori-

zontal do impulso hidrostático sobre o paramento de jusante: Ipé o impulso passivo no troço enterrado do

paramento de jusante; Iws é o impulso hidrodinâmico no paramento de montante; Sb é a força de inércia devido

à ação sísmica no perfil de betão; _{V é o valor de pico do ângulo de atrito da interface betão-rocha; c é a coesão} da interface betão-rocha; _Vr é o valor residual do ângulo de atrito da interface betão-rocha; B é o desenvolvi-

mento do trecho comprimido da interface betão-rocha; γδ é o coeficiente de segurança relativo à coesão da

interface betão-rocha; γδr é o coeficiente de segurança relativo ao valor residual do coeficiente de atrito betão-

rocha; e γp é o coeficiente de segurança relativo ao impulso passivo a jusante.