UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI
UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI
CLOVIS FRANCISCO DE ARAÚJO
CLOVIS FRANCISCO DE ARAÚJO
SOLANGE SILVA DOMINGOS
SOLANGE SILVA DOMINGOS
CONSTRUÇÃO DE BARRAGENS DE
CONSTRUÇÃO DE BARRAGENS DE
ENROCAMENTO PARA CONTENÇÃO DE
ENROCAMENTO PARA CONTENÇÃO DE
RESÍDUOS DE MINERAÇÃO
RESÍDUOS DE MINERAÇÃO
SÃO PAULO
SÃO PAULO
2011
2011
Orientador: Prof. Dr. Wilson Shoji Iyomasa
Orientador: Prof. Dr. Wilson Shoji Iyomasa
CLOVIS FRANCISCO DE ARAÚJO
CLOVIS FRANCISCO DE ARAÚJO
SOLANGE SILVA DOMINGOS
SOLANGE SILVA DOMINGOS
CONSTRUÇÃO DE BARRAGENS DE
CONSTRUÇÃO DE BARRAGENS DE
ENROCAMENTO PARA CONTENÇÃO DE
ENROCAMENTO PARA CONTENÇÃO DE
RESÍDUOS DE MINERAÇÃO
RESÍDUOS DE MINERAÇÃO
Trabalho de Conclusão de Curso Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como exigência parcial para a apresentado como exigência parcial para a obtenção do título de Graduação do Curso obtenção do título de Graduação do Curso de Engenharia Civil da Universidade de Engenharia Civil da Universidade Anhembi Morumbi Anhembi Morumbi
SÃO PAULO
SÃO PAULO
2011
2011
Trabalho____________ em: ____ de_______________de 2011. Trabalho____________ em: ____ de_______________de 2011.
__________
__________________________________________________________________________________ Prof. Dr. Wilson Shoji Iyomasa
Prof. Dr. Wilson Shoji Iyomasa __________
__________________________________________________________________________________ Nome do pro
Nome do professor da bancafessor da banca
CLOVIS FRANCISCO DE ARAUJO
CLOVIS FRANCISCO DE ARAUJO
SOLANGE SILVA DOMINGOS
SOLANGE SILVA DOMINGOS
CONSTRUÇÃO DE BARRAGENS DE
CONSTRUÇÃO DE BARRAGENS DE
ENROCAMENTO PARA CONTENÇÃO DE
ENROCAMENTO PARA CONTENÇÃO DE
RESÍDUOS DE MINERAÇÃO
RESÍDUOS DE MINERAÇÃO
Trabalho de Conclusão de Curso Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como exigência parcial para a apresentado como exigência parcial para a obtenção do título de Graduação do Curso obtenção do título de Graduação do Curso de Engenharia Civil da Universidade de Engenharia Civil da Universidade Anhembi Morumbi Anhembi Morumbi Comentários:________________________________________________________________ Comentários:________________________________________________________________ __________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________ __________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________ __________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________
AGRADECIMENTOS
Agradecemos, primeiramente, a Deus e aos nossos pais pelo grande apoio e compreensão oferecidos durante todos os anos de estudos. Agradecemos, também, ao professor Wilson Shoji Iyomasa, diante da dedicação oferecida a ao conhecimento lecionado para a concretização deste trabalho.
RESUMO
Barragens são estruturas destinadas ao confinamento de líquidos e/ou sólidos, com objetivos diversos, sendo um destes a contenção de resíduos oriundos da mineração. Estas estruturas apresentam uma classificação quanto ao material utilizado para a sua construção, podendo ser: terra, enrocamento ou rejeito da própria mineração. A Barragem Palmital é uma estrutura destinada ao confinamento de resíduos gerados na industrialização da bauxita e seu processo construtivo foi desenvolvido em três fases. Durante os estudos de avaliação para o alteamento da terceira fase, verificaram-se as condições de segurança e as projeções necessárias para a realização da elevação de sua cota de coroamento. Além disso, foram levantadas as novas condições geológicas do local onde ela encontra-se implantada. Deste estudo definiram-se os procedimentos para a 3ª Fase de Alteamento da Barragem Palmital. Esta etapa foi composta por três principais melhorias: alteamento da estrutura principal pelo método à jusante, construção de uma barragem auxiliar em uma área de talvegue do reservatório e a implantação de um vertedouro emergencial na ombreira direita da estrutura. A ênfase deste trabalho destina-se à exposição dos procedimentos construtivos e os estudos geotécnicos aplicados nesta última fase de alteamento.
ABSTRACT
The dams are structures for the containment of liquids and / or solid, with different objectives, one of these applications is the containment of waste from mining. The dams present a classification of the material used for its construction, can be: earth, rockfill and tailings from mining itself. Barragem Palmital is a structure for the containment of waste generated in the processing of bauxite and its construction process was developed in three phases. During the assessments for the heightening of the third stage, there were security conditions and projections necessary to the accomplishment of raising of the crest of dam. In addition, we surveyed the new geological conditions of the site where the structure was deployed. This study defined the procedures for the 3rd Phase Dam Raising Palmital. This phase was composed of three improvements: heightening the main structure by the downstream method, the build a dam in an area of the thalweg of the reservoir and, the construction of an emergency spillway on the right flashboard of the structure. The emphasis of this work is the exposure of construction procedures and geotechnical studies performed on this last phase of heightening.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Barragem do Torrão (Rio Tâmega). ... 24
Figura 2 – Barragens de Concreta Gravidade. ... 25
Figura 3 – Exemplo de barragem com contraforte . ... 26
Figura 4 – Barragem de Castelo de Bode – Estrutura em arco simples. ... 27
Figura 5 – a) Esquema Gráfico da Barragem de Hoover em arco simples, Estados Unidos. .. 28
b) Foto aérea da Barragem ... 28
Figura 6 – Barragem de Funil – Estrutura em arco duplo. ... 29
Figura 7 – Perfil da uma Barragem Homogênea. ... 30
Figura 8 – Barragem de Rosana . ... 31
Figura 9 - Barragem da Usina Hidrelétrica de Campos Novos ... 32
Figura 10 – Barragem de Contenção de Rejeitos São Francisco – Mirai / MG ... 34
Figura 11 – Seção Típica – Barragem de Enrocamento ... 35
Figura 12 - Perfil Barragem de Enrocamento com Núcleo de Argila ... 35
Figura 13 – Perfil BEFC – Barragem de Enrocamento com Face de Concreto ... 37
Figura 14 – Método de Montante. ... 40
Figura 15 – Método de Jusante. ... 41
Figura 16 – Método de Linha Central. ... 42
Figura 17 – Rompimento da Barragem São Francisco, Mirai – MG. ... 45
Figura 18 – Execução de um Key Trench. ... 47
Figura 19 – Injeção de cimento em rocha... 47
Figura 20 – Construção de “grout cap”...Erro! Indicador não definido. Figura 21 – Execução de Trincheira de Vedação Impermeável. ... 49
Figura 22 – Execução de Trincheira Parcial. ... 50
Figura 23 – Processo de Cortina Impermeabilizante. ... 50
Figura 24 – Trincheira “Slurry Trench”... 51
Figura 25 – Tapete Impermeabilizante. ... 52
Figura 26 – Dreno de Pé. ... 53
Figura 27 – Poços de Alívio. ... 53
Figura 28 – Bermas de Equilíbrio... 54
Figura 29 – Redução da Inclinação do Talude. ... 54
Figura 31 – Drenagem por Estacas de Areia. ... 55
Figura 32 – Cunha anticisalhante “shear key”... 55
Figura 33 – Critério de filtro de Terzaghi. ... 56
Figura 34 - Faixa Granulométrica do Enrocamento definida por Neves. ... 58
Figura 35 – Comportamento do Enrocamento Barragem de Shioro ... 60
Figura 36 – Vista Geral – Ombreira Esquerda à Oeste e Ombreira Direita à Sudoeste. ... 69
Figura 37 – Vista Geral da Barragem à Jusante. ... 70
Figura 38 – Vista Geral da Barragem à Montante. ... 71
Figura 39 – Exemplo de Vertedouro em Perfil Creager... 73
Figura 40 – Esquema de um poço de inspeção. ... 75
Figura 41 – Abertura dos poços de sondagem. ... 76
Figura 42 – Retirada de blocos indeformados. ... 76
Figura 43 – Realização de sondagem a percussão. ... 76
Figura 44 – Esquema de um furo de sondagem a percussão. ... 77
Figura 45 – Molde do ensaio de Proctor. ... 80
Figura 46 – Compactação no ensaio de Proctor Normal. ... 80
Figura 47 – Seções Típicas Esquematizadas . ... 84
Figura 48 – Seção Típica do Projeto Inicial da Barragem . ... 85
Figura 49 – Seção Esquemática da opção adotada durante a execução do alteamento. ... 86
Figura 50 – Colocação e fixação da Manta Geotêxtil sobre o perfil do filtro ... 89
Figura 51 – Fixação da manta superior com pedras e a inferior virada sobre o material granular do filtro de transição. ... 89
Figura 52 – Processo de Alteamento da Barragem Principal ... 92
Figura 53 – Execução da Barragem Auxiliar. ... 93
Figura 54 – Detalhe da instalação do Piezômetro Casagrande ... 97
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Principais BEFC’s Construídas no Brasil... 38
Tabela 2 – Exemplo de Classificação dos Enrocamentos... 59
Tabela 3 – Profundidade dos Poços de Inspeção... 75
Tabela 4 – Profundidades das sondagens a percussão... 78
Tabela 5 – Resultados das Sondagens a Percussão... 78
Tabela 6 – Profundidade das sondagens complementares... 79
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABCP Associação Brasileira de Cimento Portland. ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas.
BEFC Barragem de Enrocamento com Face de Concreto. CBA Companhia Brasileira de Alumínio.
CNPGB Comissão Nacional Portuguesa das Grandes Barragens. CPPE Companhia Portuguesa de Produção de Energia.
SUMÁRIO
1. I ntrodução _____________________________________________________________ 15 1.1. Objetivos 16 1.1.1. Objetivos Gerais 18 1.1.2. Objetivos Específicos 18 1.2. Justificativas 18 1.3. Abrangência 19 1.4. Estrutura do Trabalho 202. T ipos de Bar rageNS ______________________________________________________ 21
2.1. Caracterização das barragens 22
2.1.1. Barragens rígidas do tipo gravidade 23
2.1.1.1. Barragens de concreto-gravidade 24
2.1.1.2. Barragens de gravidade aliviadas e com contraforte 26 2.1.2. Barragens rígidas do tipo arco simples e de dupla curvatura 27
2.1.3. Barragens não rígidas ou de aterro 29
2.1.3.1. Barragem de terra homogênea 29
2.1.3.2. Barragem de terra-enrocamento 31
2.2. Barragem para contenção de resíduos 32
2.2.1. Barragens de terra 33
2.2.2. Barragens de enrocamento 34
2.2.2.1. Barragem de Enrocamento com Núcleo de Argila 35 2.2.2.2. Barragem de Enrocamento com Face de Concreto – BEFC. 36
2.2.3. Barragens de resíduos 39
2.2.3.1. Método de montante 39
2.2.3.2. Método de jusante 40
2.2.3.3. Método de linha central 41
2.3. Métodos construtivos – Barragens de enrocamento 42
2.3.1. Caracterização do terreno 43
2.3.2. Escolha da Fundação 45
2.3.2.1. Fundações Rochosas 46
2.3.2.2. Fundações em solos permeáveis 48
2.3.2.3. Fundações em solos impermeáveis – solos saturados 54
2.3.2.4. Fundações em solos impermeáveis – solos não saturados 55
2.3.3. Processos de Drenagem 56
2.3.4. Tipos de enrocamento 57
2.4. Instrumentação geotécnica 61
3. método de trabalho ______________________________________________________ 63
3.1. Definição do tema e escolha do orientador 63 3.2. Entrevista efetivada com profissional da área 63 3.3. Estabelecimento do Cronograma e Desenvolvimento da Revisão Bibliográfica. 64 3.4. Elaboração do estudo de caso e Análise dos Resultados Obtidos 65
4. M AT ERI AI S E F ERRA M EN TA S __________________________________________ 66 5. estudo do alteamento da Barragem Pal mi tal. __________________________________ 67
5.1. Descrição da Barragem 68
5.1.1. Barragem Principal e Auxiliar 71
5.1.2. Vertedouro e Canais de Cintura – (Estruturas de Drenagem). 72
5.1.3. Galeria de Drenagem 73 5.2. Estudos Geotécnicos 74 5.2.1. Investigações de Campo 75 5.2.2. Investigações em laboratório 79 5.2.3. Parâmetros geotécnicos 81 5.3. Descrição do Projeto 82 5.2.1. Maciço da Barragem 85 5.2.2. Vertedouro 86 5.4. Métodos Construtivos 87
5.4.3. Remoção de filtros de transição 87
5.4.4. Instalação dos filtros de transição 88
5.4.5. Instalação de manta geotêxtil 88
5.4.6. Execução do vertedouro 89
5.4.7. Alteamento da Barragem Principal 90
5.4.9. Execução da Barragem Auxiliar. 92
5.5. Controle Tecnológico 93 5.6. Monitoramento Geotécnico 94
5.6.1. Instalação de piezômetros Casagrande 96
6.5.2. Reinstalação dos marcos de observação 98
6. Análise DOS RE SUL TA DOS ______________________________________________ 99
6.1. Análises Construtivas 100 6.2. Controle Tecnológico 102
6.3. Leitura dos Instrumentos Geotécnicos 103
6.3.1. Parâmetros Geotécnicos 104
7. Conclusões ____________________________________________________________ 106 8. Recomendações ________________________________________________________ 108 Referênci as ______________________________________________________________ 109
1. INTRODUÇÃO
A construção de barragens está ligada diretamente à evolução da humanidade, este tipo de estrutura surgiu diante da necessidade do confinamento de água devido aos grandes períodos de escassez durante a estiagem.
Após a Primeira Revolução Industrial a demanda por água aumentou significativamente na população urbana, gerando como consequência, a necessidade em ampliar o número de reservatórios. Este fato gerou a construção de uma maior quantidade de barragens e possibilitou o aperfeiçoamento das técnicas construtivas voltadas para este processo.
As características de uma barragem e suas particularidades são definidas a partir da finalidade a qual esta foi projetada. Existem por exemplo barragens com a simples finalidade de armazenamento de água para a navegação e irrigação; retenção de águas pluviais para controle de cheias; geração de energia e contenção de resíduos da produção industrial, ou ainda, rejeitos da mineração.
A construção de sistemas de contenção de resíduos teve grande impulso após o século XV, motivada principalmente pela evolução dos processos industriais de mineração. Este fato aumentou a produção de rejeitos, os quais não podem ser lançados diretamente nos cursos
d’água, sendo os mesmos armazenados a longas distâncias.
No século XIX, com as evoluções tecnológicas, a produção de resíduos de mineração aumentou de forma significativa, mas as técnicas para conter o descarte de rejeitos ainda não supriam estes avanços. Sendo assim, estes materiais, que não recebiam o tratamento adequado, continuavam sendo lançados nos rios, afetando os cursos d’água e o solo, além de
exterminar a fauna e a flora.
Como decorrência da constante contaminação e intensificação da produção industrial, estes impactos ambientais vieram a interferir na produção agrícola e na qualidade da vida da população. Em consequência deste fato, surgiu a necessidade de melhorias construtivas no que condiz à contenção de rejeitos industriais e métodos para impedir a infiltração de líquidos
tóxicos nos solos. Um método paliativo foi a construção de diques posicionados ao longo de
curso d’água limitando sua ação à época das inundações.
Com as revoluções tecnológicas dos equipamentos houve a possibilidade de investir em melhores técnicas e buscar a resolução em longo prazo deste problema. É neste cenário que surge a construção de barragens de contenção.
As barragens de enrocamento1 tiveram suas primeiras construções em meados do século XX. Com a possibilidade da manipulação de blocos de rochas surgiu à viabilidade da realização desse tipo de construção.
No principio, estas barragens caracterizavam-se como métodos simples de empilhamento, que careciam de processo de compactação adequado e limitavam a dimensão do agregado.
Ainda nesse século com o surgimento de novas ferramentas de compactação houve o aprimoramento da técnica construtiva no lançamento do agregado e a redução de vazios entre os mesmos, aumentando a densidade do enrocamento compactado.
No Brasil, o maior desenvolvimento destas obras de contenção ocorreu por volta das décadas de 60 e 70, principalmente em consequência do grande número de construções simultâneas, envolvendo técnicas diversificadas pela necessidade de agilidade no cronograma construtivo.
Em áreas com material rochoso à disposição em grande quantidade, o que permite reduzir o custo construtivo deste tipo de barragens de contenção de rejeitos de mineração.
1.1. Objetivos
Este trabalho tem por objetivo principal o desenvolvimento de estudo e pesquisa de métodos construtivos para a edificação de barragem de enrocamento2.
1 Enrocamento: Base de blocos de rocha natural ou artificial, assentado para sustentar uma construção e
protegê-la contra o embate das águas, (Dicionário Online de Português: todas as palavras de A a Z., 2011).
2 Barragem de Enrocamento: Barragem de material granular na qual mais de 50% do volume total é de
enrocamento compactado ou lançado, com impermeabilização adequada (COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR, 1980).
1.1.1. Objetivos Gerais
Este trabalho tem como objetivo geral, compreender e apresentar, as principais características que compõem a estrutura de uma barragem em suas respectivas classificações, assim como, expor os principais métodos empregados na construção destas estruturas, oferecendo especial atenção às barragens de contenção dos resíduos da mineração.
Outro objetivo geral da pesquisa está em avaliar os principais elementos destas estruturas, quanto à sua relevância ao comportamento e integridade do maciço, e também, como são procedidos os métodos de controle geotécnicos das mesmas.
1.1.2. Objetivos Específicos
Quanto ao objetivo específico da presente pesquisa, o trabalho visa expor as principais qualificações técnicas da estrutura, a sequência executiva e o monitoramento geotécnico, necessários durante as fases de avaliação do projeto e o momento de execução do alteamento de uma barragem de enrocamento.
Para atender aos objetivos propostos nesta pesquisa, decidiu-se estudar os procedimentos construtivos adotados para o alteamento da Barragem Palmital – 3ª Fase. Esta barragem
encontra-se situada no Município de Alumínio, Estado de São Paulo.
1.2. Justificativas
Embora o tema proposto não se trate de inovação técnica desenvolvida no que condiz às metodologias executivas desenvolvidas para contenção de barragens, justifica-se a seleção do tema pelo fato da construção desta barragem ter como finalidade a contenção de resíduos sólidos oriundos da fabricação de alumínio, e principalmente, pelo desafio técnico do método adotado no alteamento.
A escolha da Barragem Palmital enfocou-se no fato desta estrutura se destacar de outras barragens tradicionais no que se refere ao tipo de material a ser contido e também a sua
preocupação em particular em não permitir o extravasamento, em qualquer hipótese, (por se tratar da contenção de resíduos), vindo a provocar impactos negativos no meio ambiente. Do ponto de vista estrutural, a Barragem Palmital possui um aspecto particular que a destaca na Indústria da construção da engenharia civil. O projeto de alteamento foi desenvolvido para ser construído por cima da estrutura de contenção já existente, ou seja, uma barragem sobre outra barragem. Este se tornou um fator extremamente relevante e significativo para o estudo de avaliação de segurança e eficiência do sistema.
Por fim, do ponto de vista social deste empreendimento, que por estar construído em uma região de forte crescimento urbano e industrial, a sua área de influência tornou-se circundada por este meio. Portanto houve a necessidade em desenvolver projetos com medidas de
segurança ainda maiores, que buscassem não apenas a integridade da construção, mas também que priorizasse a vida humana.
Ainda que a Barragem Palmital seja um projeto já executado, o seu monitoramento para avaliação de segurança e eficiência são constantes e rigorosos, obrigando a tomada de medidas para sustentar estes parâmetros sempre adequados por quanto da existência deste empreendimento.
1.3. Abrangência
Este trabalho, de uma maneira geral, abrange os métodos construtivos desenvolvidos para a construção do enroncamento no processo de alteamento3 da Barragem Palmital, atendo-se efetivamente a descrição dos mesmos em seus processos normativos e, porventura ensaios e estudos geotécnicos relativos à viabilidade, e pesquisas desenvolvidas nas áreas do empreendimento e de exploração.
No que condiz aos métodos construtivos, apresentam-se os procedimentos que foram necessários para anteceder à execução de barragem de enrocamento como as atividades de terraplenagem, serviços complementares e construção de canal para absorção pluvial.
3 Alteamento: Ação ou efeito de altear, tornar mais alto, (Dicionário Online de Português: todas as palavras de
Sobre métodos construtivos de barragens de enrocamento, o assunto é abordado de forma ampla e detalhado como principal foco de estudo. O tema descrito específica os materiais utilizados, suas origens e os ensaios tecnológicos desenvolvidos para garantir a integridade da estrutura.
Ainda que sejam de grande relevância para a construção de barragens, os métodos para dimensionamento e contenção hidráulicos não serão abordados neste trabalho, bem como os processos desenvolvidos para a elaboração destes cálculos.
Também não se avalia neste estudo os critérios geotécnicos relativos ao monitoramento da barragem, seus parâmetros e estudos de estabilidade.
Não são apresentados os estudos dos impactos ambientais gerados durante a construção do alteamento e por consequência da construção de uma barragem com as características antes citadas, embora sejam frequentemente mencionados os problemas ambientais, que nortearam a tomada de decisão.
O foco da pesquisa é a sequência executiva do alteamento da barragem de enrocamento, abrangendo o monitoramento geotécnico durante a fase construtiva para atender aos requisitos técnicos construtivos.
1.4. Estrutura do Trabalho
A estruturação deste trabalho inicia-se, em sua primeira abordagem, com relato de diferentes tipos de barragens construídas na engenharia e como as destinações definem as características do barramento. Em sequência este assunto é abordado de forma mais especifica, tratando das peculiaridades dos principais tipos de barragens para contenção de resíduos oriundos da indústria. Após a caracterização deste elemento, são abordados os métodos construtivos de barragens de enrocamento. Além dos métodos tecnológicos de instrumentação empregados para o estudo da estabilidade da estrutura da barragem.
No tópico consecutivo é apresentado o método de trabalho da presente pesquisa que consiste no levantamento da bibliografia utilizada, assim como a organização do material bibliográfico.
O capítulo 4 envolve a descrição das visitas técnicas e entrevistas realizadas com profissionais envolvidos no processo de execução da barragem em análise.
O estudo de caso desenvolvido para este trabalho (referente a barragens de enrocamento para contenção de resíduos da indústria de mineração) é apresentado de forma abrangente no capítulo 5, onde a singularidade do assunto se mostra, apresentando a localização, características e métodos específicos da Barragem Palmital.
A demonstração dos resultados obtidos durante o processo de pesquisas, estudos bibliográficos, entrevistas e análises técnicas, são consequências do estudo de caso e são
apresentados no capítulo 6.
Após as apresentações referidas, são expostas as conclusões obtidas do estudo desenvolvido, este assunto está abordado no capítulo 7.
Ao término do estudo são apresentadas recomendações fundamentadas no material desenvolvido e pesquisas realizadas para elaboração deste trabalho sendo este o último capítulo deste trabalho.
2. TIPOS DE BARRAGENS
Segundo dicionário da língua portuguesa; Ed. Moderna; 1992, a definição de barragem é ação de barrar; estrutura para obstruir transversalmente um curso d’água, geralmente construída em
vales; represas, (Souza, 2009).
Não existe data específica da construção das primeiras barragens na história da humanidade, o que se tem conhecimento é de que o seu principal foco construtivo era a contenção de água para o consumo humano e irrigação na agricultura.
Diante do desenvolvimento tecnológico do século XIX, houve o direcionamento da expansão do mercado de exploração de minério pelas indústrias.
No processo de beneficiamento do minério, existe a geração de rejeitos. Duarte (2008, pág. 14. 130) aplica como definição de rejeitos: “Os materiais resultantes de processos de
beneficiamento ou associados que visa extrair os elementos de interesse econômico”.
Em sua maior frequência, os processos de beneficiamento utilizam a água para este fim, gerando o rejeito líquido em suas propriedades físicas e necessitando de um sistema de contenção impermeável e de reserva, com o intuito de acumular material para não agressão do meio ambiente.
Como opção de reservatório4, podem ser construídas barragens para contenção destes resíduos, sendo primeiramente avaliadas as condições geotécnicas do local de disposição e o tipo de descarte utilizado. Além dos impactos ambientais gerados pela construção e da disponibilidade de materiais na região que possibilitam uma obra com tais características.
2.1. Caracterização das barragens
Segundo Souza (2009), uma barragem pode ser classificada tanto quanto a sua destinação, quanto a sua geometria.
Quanto ao seu destino de uso, classificação por Souza, 2009:
Barragens de Derivação – Objetivam o desvio das águas para canais ou adutoras;
Barragens de Armazenamento – Objetivam armazenar águas excedentes
provenientes das chuvas;
Barragens de Atenuação de Cheias – Construídas com o objetivo de reter
provisoriamente grandes volumes de água que, por ventura, iriam inundar terras e propriedades à jusante da barragem;
4 Reservatório: Espaço volumétrico delimitado pela barragem e margens, e destinado à deposição de rejeitos
Contenção de Rejeitos -Contenção de Rejeitos - Situadas em zonas de mineração recebem os rejeitSituadas em zonas de mineração recebem os rejeitos sólidosos sólidos e líquidos das minas e
e líquidos das minas e evita a contaminação dos rios a jusante.evita a contaminação dos rios a jusante. Quanto a sua Geometria
Quanto a sua Geometria
Segundo Gomes (2005), do ponto de vista geométrico, uma barragem pode ser classificada: Segundo Gomes (2005), do ponto de vista geométrico, uma barragem pode ser classificada: rígida e não rígida. As barragens rígidas se subdividem, podendo ser do tipo gravidade ou do rígida e não rígida. As barragens rígidas se subdividem, podendo ser do tipo gravidade ou do tipo arco. Já as
tipo arco. Já as barragens não rígidas, ou são de terra, barragens não rígidas, ou são de terra, ou são de enrocamento.ou são de enrocamento.
Ainda as barragens podem ser classificadas em barragens de concreto (rígidas) e barragens de Ainda as barragens podem ser classificadas em barragens de concreto (rígidas) e barragens de aterro (não rígidas).
aterro (não rígidas). O objetivo inicial
O objetivo inicial de caracterização das barragens, apresentado neste capítulo, é de de caracterização das barragens, apresentado neste capítulo, é de apresentarapresentar uma análise descritiva objetiva a respeito dos diferentes tipos de estruturas contidas na uma análise descritiva objetiva a respeito dos diferentes tipos de estruturas contidas na classificação citada. Para isto, este subitem foi exposto em sequência à distinção das classificação citada. Para isto, este subitem foi exposto em sequência à distinção das estruturas, segundo Gomes (2005):
estruturas, segundo Gomes (2005):
Barragens rígidas do tipo Barragens rígidas do tipo gravidade:gravidade:
Estrutura de contenção que se classifica como: Barragem de concreto gravidade e Estrutura de contenção que se classifica como: Barragem de concreto gravidade e Barragem de gravidade aliviada com c
Barragem de gravidade aliviada com contraforteontraforte55;;
Barragens rígidas do tipo arco simples e de Barragens rígidas do tipo arco simples e de dupla curvatura;dupla curvatura;
Barragens não rígidas ou de aterro:Barragens não rígidas ou de aterro: Estruturas de contenção em terra que seEstruturas de contenção em terra que se classificam em duas: Barragem de terra
classificam em duas: Barragem de terra homogênea e Barragem de terra-enrocamento.homogênea e Barragem de terra-enrocamento.
2.1.1. Barragens rígidas do tipo gravidade
2.1.1. Barragens rígidas do tipo gravidade
Barragens de gravidade são estruturas de concreto sólidas
Barragens de gravidade são estruturas de concreto sólidas que mantém sua estabilidade contraque mantém sua estabilidade contra cargas de projeto devido à sua forma geométrica, à sua massa e à resistência do concreto, cargas de projeto devido à sua forma geométrica, à sua massa e à resistência do concreto,
(U.S. ARMY CORPS OF ENGINEERS, 1995 apud
(U.S. ARMY CORPS OF ENGINEERS, 1995 apud BASSO, 2007BASSO, 2007 ). ).
55 Contraforte:Contraforte: Pilar que reforça um muro ou parede; gigante. (O contraforte pode ser aplicado diretamentePilar que reforça um muro ou parede; gigante. (O contraforte pode ser aplicado diretamente
contra o elemento a sustentar [muro ou parede], ou receber seu empuxo por meio de arcobotantes), (Dicionário contra o elemento a sustentar [muro ou parede], ou receber seu empuxo por meio de arcobotantes), (Dicionário Online de Português: todas as palavras de A a Z., 2011).
A Figura 1 mostra um exemplo de barragem rígida do tipo gravidade
A Figura 1 mostra um exemplo de barragem rígida do tipo gravidade , , é a Barragem deé a Barragem de
Torrão, localizada no Rio Tâmega em Portugal. O que pode ser observado de característica Torrão, localizada no Rio Tâmega em Portugal. O que pode ser observado de característica essencial neste tipo de barragem é o vale estreito e o
essencial neste tipo de barragem é o vale estreito e o arqueamento relativamarqueamento relativamente curto do eixoente curto do eixo da margem.
da margem.
Figura 1
Figura 1 – – Barragem do Torrão (Rio Tâmega) Barragem do Torrão (Rio Tâmega) – – Observar o vale estreito. Observar o vale estreito.
Fonte: CNPGB, (2011) Fonte: CNPGB, (2011)
Esse tipo de
Esse tipo de barragem possui uma metodologia simples de barragem possui uma metodologia simples de projeto e construção, executada emprojeto e construção, executada em geral em concreto convencional ou concreto compactado com rolo (CCR), possui elevado geral em concreto convencional ou concreto compactado com rolo (CCR), possui elevado grau de segurança para qualquer altura da barragem e ainda para qualquer condição climática grau de segurança para qualquer altura da barragem e ainda para qualquer condição climática existente na região de execução. Essa estrutura monolítica é dimensionada para assegurar os existente na região de execução. Essa estrutura monolítica é dimensionada para assegurar os requisitos de segurança global.
requisitos de segurança global. 2.1.1.1. Barragens de
2.1.1.1. Barragens de concreto-gravidadconcreto-gravidadee
As barragens de concreto possuem sua estabilidade garantida pelo seu peso e pela largura de As barragens de concreto possuem sua estabilidade garantida pelo seu peso e pela largura de sua base, adequados à resistência da fundação, como pode ser observado em seu perfil sua base, adequados à resistência da fundação, como pode ser observado em seu perfil esquematizado na Figura 2.
esquematizado na Figura 2.
Segundo Basso (2007), O esforço mais importante existente nesse tipo de barragem é a Segundo Basso (2007), O esforço mais importante existente nesse tipo de barragem é a subpressão
subpressão. A subpressão é a . A subpressão é a pressão exercida de baixo para cima pela água que se incute pressão exercida de baixo para cima pela água que se incute porpor fissuras e poros existentes da rocha no contato da
Figura 2
Figura 2 – – Barragens de Concreta Gravidade Barragens de Concreta Gravidade – – Notar a relação entre a largura da fundação e a altura da Notar a relação entre a largura da fundação e a altura da
barragem. barragem.
Fonte: Eletrobrás (2000). Fonte: Eletrobrás (2000).
A subpressão pode ser reduzida por meio de furos de drenagem, a partir de uma galeria no A subpressão pode ser reduzida por meio de furos de drenagem, a partir de uma galeria no interior da barragem e injeção de calda de cimento com o objetivo de reduzir a vazão por interior da barragem e injeção de calda de cimento com o objetivo de reduzir a vazão por baixo da mesm
baixo da mesma.a.
Os mecanismos de ruptura desse tipo de barragem são
Os mecanismos de ruptura desse tipo de barragem são o tombamento e o deslizamento.o tombamento e o deslizamento.
A ruptura por tombamento não acontece com frequência, essa ruptura desenvolve aumento A ruptura por tombamento não acontece com frequência, essa ruptura desenvolve aumento dos esforços de tração e subpressão a montante
dos esforços de tração e subpressão a montante66 e aumento da compressão à jusante e aumento da compressão à jusante77,, desencadea
desencadeando na sequência a ndo na sequência a ruptura por tombamento.ruptura por tombamento.
66 MontanteMontante: em hidráulica, é todo ponto referencial ou seção de rio que se situa antes deste ponto referencial: em hidráulica, é todo ponto referencial ou seção de rio que se situa antes deste ponto referencial
qualquer de um curso de água, exemplo: Montante de uma barragem localiza-se antes da estrutura em si, qualquer de um curso de água, exemplo: Montante de uma barragem localiza-se antes da estrutura em si, (Wikipédia, 2011).
(Wikipédia, 2011).
77 Jusante:Jusante: em hidráulica, é todo ponto referencial ou seção de rio compreendido entre o observador e a foz de em hidráulica, é todo ponto referencial ou seção de rio compreendido entre o observador e a foz de
um curso d’água —
um curso d’água — ou seja, rio-abaixo em relação a este observador (Wikipédia, 2011). ou seja, rio-abaixo em relação a este observador (Wikipédia, 2011). b2 b2 b1 b1 B B 0,30 0,30 1,00 1,00 H H Hv Hv NA máx. NA máx. NA normal NA normal superfície do superfície do terreno natural terreno natural lâmina vertente lâmina vertente
nota: dimensões em metro nota: dimensões em metro mureta eventual mureta eventual 1,00 1,00 0,50 0,50 0,10 0,10 0,70 0,70 1 1 1 1 b1=0,10H b1=0,10H b2=0,70H b2=0,70H
Já a ruptura por deslizamento é o deslocamento para jusante ao longo de plano de baixa resistência ao cisalhamento. Este plano pode ser a base da barragem ou qualquer ponto de instabilidade da fundação.
2.1.1.2. Barragens de gravidade aliviadas e com contraforte
Para Basso (2007), neste tipo de barragem (Figura 3), a subpressão é reduzida e limitada à cabeça dos blocos devido à existência de uma menor área de base, o peso da água sobre o paramento8 inclinado de montante elimina praticamente o tombamento. Mas em contrapartida
são mais proeminentes os problemas de deslizamento devido ao seu menor peso.
Figura 3 – Exemplo de barragem com contraforte – Observe os arcos entre os contrafortes e a inclinação
da barragem em direção ao reservatório. Fonte: Eletrobrás (2000).
São mais esbeltas, sendo mais deformáveis e sensíveis às variações térmicas. Os esforços no concreto são mais elevados, entretanto mais uniformes. Em comparação com as barragens concreto-gravidade, esse tipo economiza em torno de 25 a 40% de concreto, dependendo da altura, porém exige fundações de melhor qualidade tecnológica.
Nesse tipo de fundação, devido à menor área de base, há um aumento da compressão nas fundações, o que pode exigir tratamento especial com tirantes e injeção de calda de cimento.
8 Paramento: as superfícies mais ou menos verticais que limitam o corpo da barragem: o paramento de
2.1.2. Barragens rígidas do tipo arco simples e de dupla curvatura
Nas barragens em arco simples, a estabilidade é garantida pela forma curva, este fato faz com que as pressões da água em grande parte estejam distribuídas nas ombreiras9. Devido à forma o concreto trabalha exclusivamente a compressão, resultando um nível alto de tensões.
A Figura 4 apresenta a barragem de Castelo de Bode, Portugal como exemplo de uma barragem executada em arco simples. Esta barragem é do tipo gravidade com curvatura em foi
construída pela CPPE – Companhia Portuguesa de Produção de Energia em 1945 a 1951.
Esse tipo de barragem é também muito afetado por influências térmicas, tanto em termos de deslocamento quanto nos esforços no concreto.
Para Basso (2007), só é possível construir barragens em arco engastadas em vales fechados, como pode ser observado na Figura 5, onde a relação entre a largura da crista 10 e a altura da barragem é inferior a 2,5.
Figura 4 – Barragem de Castelo de Bode – Estrutura em arco simples.
Fonte: CNPGB, (2011)
9 Ombreira: Terreno natural situado nas encostas do vale, que funciona como apoio lateral do maciço da
barragem ou de outras estruturas auxiliares (COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR, 1980).
10 Crista: Crista da barragem ou coroamento: parte superior de uma barragem ou dique vertedor, que a água
deve atingir antes de passar sobre a estrutura (Dicionário Online de Português: todas as palavras de A a Z., 2011).
Figura 5 – a) Esquema Gráfico da Barragem de Hoover em arco simples, Estados Unidos.
b) Foto aérea da Barragem – Observar a posição em vale estreito.
Fonte: Criativa Engenharia Ltda. (2011).
A dupla curvatura, vertical e horizontal, aliada à grande altura confere à estrutura uma maior ocupação territorial. A curvatura horizontal permite a transmissão da força de impulsão da água à montante para as margens da estrutura (WIKIPÉDIA, 2011).
Um exemplo clássico de barragem em dupla curvatura construída no Brasil é a barragem de funil pertencente a Furnas Centrais Elétricas, ilustrada na Figura 6, sua concepção é de arco gravidade (ABCP, 2002 apud AZEVEDO, 2005).
a)
Figura 6 – Barragem de Funil – Estrutura em arco duplo.
Fonte: Azevedo (2005).
2.1.3. Barragens não rígidas ou de aterro
Se o concreto é um material de elevada resistência, que permite construir obras esbeltas e resistentes ao fluxo de água, os solos que constituem as barragens não rígidas ou de aterro exigem taludes abatidos, para evitar escorregamentos internos, e proteções contra erosão. Em contrapartida, como os taludes são pouco inclinados e as bases largas, transmitem pressões baixas e podem ser construídas sobre fundações e solo ou rocha decomposta.
2.1.3.1. Barragem de terra homogênea
Esse tipo de barragem é a alternativa mais usual, devido às condições topográficas, de vales muito abertos e da disponibilidade de material terroso no país, como ilustra a Figura 7. Podem-se construir barragens de terra apoiadas em solos com maiores índices de deformação, pois esse tipo de barragem admite fundações mais recalcáveis.
Figura 7 – Perfil da uma Barragem Homogênea – Observar a inclinação dos taludes.
Fonte: Eletrobrás (2000).
As barragens de terra homogênea são construídas com um mesmo tipo de solo, em geral argiloso e pouco permeável.
Um dos problemas que mais preocupam na escolha desse tipo de barragem é o piping ou
erosão regressiva tubular, no próprio corpo da barragem ou nas suas fundações. E o
overtopping 11 ou galgamento.
A avaliação de Basso (2007) conclui que o galgamento ou overtopping é a causa mais
ocorrente de problemas, uma vez que as barragens de aterro não resistem à passagem de água sobre as mesmas. Essa vulnerabilidade exige que as obras sejam projetadas com grande segurança no que se refere às estruturas de desvio, descarregadores de cheias e altura de crista sobre o nível do reservatório (borda livre12).
O piping , 13fenômeno que causa o carreamento de partículas de solo pela água em fluxo, numa progressão de jusante a montante, o que origina o termo “regressão” para designá-lo.
Com o passar do tempo, forma-se um tubo de erosão, que pode evoluir para cavidades relativamente grandes no corpo da barragem, levando-a ao colapso.
11 Overtopping (galgamento): A definição de Quintela (2011) define que este fenômeno ocorre quando o
conteúdo do reservatório da barragem transborda, ultrapassando o coroamento da barragem podendo a provocar o colapso da estrutura em alguns casos.
12 Borda Livre: distância vertical entre a crista da barragem e o nível máximo de água do reservatório
determinado pela cheia de projeto aplicável (COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR, 1980).
13 Piping (entubamento): Processo progressivo de erosão interna de maciços terrosos por carreamento de
partículas ou solubilização de material, resultando na formação de condutos subterrâneos (COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR, 1980).
A barragem da Usina Hidrelétrica de Rosana é apresentada na Figura 8 como um exemplo de barragem homogênea. É uma barragem de 2.308 m de comprimento, construída com a
finalidade de geração de energia elétrica (AZEVEDO, 2005).
Figura 8 – Barragem de Rosana
Observar em 1º plano a barragem de concreto e ao fundo a barragem de terra. Fonte: Azevedo (2005)
2.1.3.2. Barragem de terra-enrocamento
Esse tipo de barragem é o mais estável dentre as barragens não rígidas ou de aterro, não havendo nenhuma ocorrência de ruptura envolvendo seus taludes. O material do enrocamento apresenta elevado grau de atrito, garantindo a estabilidade dos taludes de montante e jusante. Um núcleo argiloso imprime a estanqueidade14 à barragem, permitindo o represamento da água.
A Figura 9 apresenta um exemplo deste tipo de estrutura, é a Barragem de Campos Novos, criada para geração de energia elétrica. A barragem fica sobre o rio Canoas entre as cidades de Campos Novos e Celso Ramos. Possui uma altura de 190 metros de altura.
14 Estanqueidade: Significa estanque, hermético, sem vazamento, em inglês no-leak, ou seja, é a definição dada
a um produto que está isento de furos, trincas ou porosidades que possam deixar sair ou entrar parte de seu conteúdo, (WIKIPÉDIA, 2011).
Figura 9 - Barragem da Usina Hidrelétrica de Campos Novos – Observar a altura da barragem.
Fonte: Eletrobrás (2000).
O núcleo das barragens de terra-enrocamento pode apresentar posicionamento ao centro do maciço15 ou deslocado à montante.
Nas fundações desse tipo de barragem, a percolação16 é pequena e concentra-se sob a base do núcleo, quando comparada com a barragem de terra homogênea, onde a percolação é maior.
Para evitar fugas d’água, há a necessidade de um maciço de fundação mais estanque.
2.2. Barragem para contenção de resíduos
A Norma Brasileira NBR 13028 (ABNT, 2000), define como barragem qualquer estrutura que forme uma parede de contenção para rejeitos, para sedimentos e/ou para formação de reservatório de água (OLIVEIRA, 2010). A consequência desta definição abrange uma gama ilimitada de estruturas e suas diversas características que associadas ou individualmente podem ser qualificadas como uma barragem de contenção.
15 Maciço: Que é ou parece ser compacto, espesso (Dicionário Online de Português: todas as palavras de A a Z.,
2011)
16 Percolação: fluxo ou movimento intersticial de líquido através da barragem, fundação, ombreiras ou
Neste subitem abordam-se as diversas características estruturais que diferenciam as barragens para contenção de resíduos, abordando os materiais de construção utilizados e suas
disposições de projeto.
Ainda citando Oliveira (2010), cabe aqui a importância de diferenciar as condições de uma área destinada para acumulação de rejeitos e uma estrutura projetada para confinar os rejeitos, sendo a segunda definição destinada a uma barragem.
2.2.1. Barragens de terra
Uma definição de Cruz (1996) refere-se como barragens de terra como estruturas que possuem seu sistema de contenção constituído de solo, sendo este, obtido em jazidas17 próximas e compactado em camadas e espessuras pré-determinadas.
Para o caso de barragens de contenção de resíduos, existem ainda, barragens de terra onde seu núcleo pode ser constituído do resíduo da própria mineração, devido à grande disponibilidade do material.
É importante salientar que são realizados testes laboratoriais como premissa para avaliação das condições granulométricas e resistência física destes materiais, para sua efetiva utilização e compactação.
Para Fernandes (2007), como avaliação do meio mais adequado a construção deste tipo de barragem, está ligada diretamente à disponibilidade de jazidas para a obtenção do solo com características cabíveis de projeto, em quantidade suficiente e economicamente viável na região da implantação da barragem.
Em relação à topografia local, regiões pouco onduladas se caracterizam como principal opção para este tipo de estrutura.
17Jazidas: Jazida mineral é uma concentração local ou massa individualizada de uma ou mais substâncias úteis
A Figura 10 mostra a Barragem de Mirai construída em Minas Gerais, este tipo de estrutura é considerado como um dos melhores métodos para contenção de rejeitos da mineração na atualidade.
Figura 10 – Barragem de Contenção de Rejeitos São Francisco – Mirai / MG
Fonte: Duarte (2008).
2.2.2. Barragens de enrocamento
Cruz (1996) caracteriza barragens de enrocamento como estruturas onde seus espaldares são de fragmentos de rocha compactada (enrocamento) e núcleo impermeável.
A principal variação estrutural está no material a ser utilizado no núcleo, podendo ser de concreto ou argila.
A escolha deste tipo de barragem está relacionada diretamente às características do local de implantação da mesma, em um contexto geral sua construção ocorre em pontos onde é pequena a disponibilidade de solo para a realização de toda uma estrutura impermeável.
Do ponto de vista geotécnico, a barragem de enrocamento dispõe-se bem em vales rochosos e em condições que a camada superficial do solo não possui espessura significativa.
Figura 11 – Seção Típica – Barragem de Enrocamento – Notar a variação dos materiais e sua disposição
por seção.
Fonte: Eletrobrás (2000).
2.2.2.1. Barragem de Enrocamento com Núcleo de Argila
Este tipo de barragem apresenta a argila como o material impermeável do seu núcleo, os espaldares são de material rochoso e garantem a estabilidade da estrutura (Figura 12).
Figura 12 - Perfil Barragem de Enrocamento com Núcleo de Argila Fonte: Fernandes (2007).
Uma avaliação de Cruz (1996) confirma que sempre será foco principal de observação a disponibilidade do material a ser utilizado visando às condições econômicas para construção de uma estrutura de tal porte.
Montante
Para Fernandes (2007), nestas barragens a vedação é interna e encontra-se no núcleo da barragem, sendo o método mais tradicional e conceitual tanto para o corpo da barragem quanto para sua fundação. O núcleo impermeável é argiloso, mas não sendo uma necessidade exclusiva, podendo o material ser substituído.
2.2.2.2. Barragem de Enrocamento com Face de Concreto – BEFC.
Segundo Basso (2007), a barragem de enrocamento com face de concreto caracteriza-se por seu corpo ser composto de enrocamento e, sua vedação localizar-se na parte externa da barragem, na superfície do paramento à montante.
É o caso onde uma barragem de enrocamento apresenta a constituição de seu núcleo em concreto e agregados compactados. Esta característica trouxe ao ramo da engenharia a possiblidade da execução de estruturas com alturas antes inacessíveis, como por exemplo, barragens superiores a 100 metros de altura.
O material utilizado tradicionalmente como vedante é o concreto (caso das BEFC, Figura 13), mas também podem ocorrer casos, principalmente em barragens de rejeitos, onde este concreto é substituído por outro componente podendo ser até mesmo sintético.
Ainda referenciando Basso (2007), as BEFC possuem algumas características construtivas que lhe atribuem uma viabilidade econômica mais acessível do que as barragens com núcleo de argila, principalmente no que diz respeito à praticabilidade dos serviços e a disponibilidade do material. Ainda que exista a desvantagem no que diz respeito à execução das juntas de dilatação e da execução do plinto18.
O plinto de uma BEFC é uma estrutura de concreto construída acima da fundação e no pé da barragem e tem a função de apoiar a face de concreto à montante. Economicamente ele produz desvantagem por necessitar de caminhos de serviços para sua execução.
18Plinto: Estrutura executada ao longo do pé da barragem de uma ombreira à outra, consolidado ao leito rochoso
por meio de ancoragens metálicas. Além de suportar o peso das lajes, o plinto garante a vedação na base da barragem (FERNANDES, 2007).
Figura 13 – Perfil BEFC – Barragem de Enrocamento com Face de Concreto – Notar a camada delgada
de concreto no paramento à montante. Fonte: Fernandes (2007).
A Tabela 1 mostra uma lista das principais BEFC construídas no Brasil.
Tabela 1 - Principais BEFC’s Construídas no Brasil
Foz do Areia Segre do
Xingó Itá Machadinho Itapebi Quebra Queixo Campos Novos Barra Grande
Altura (m) 160 145 140 125 125 121 75 196 189
Ano de Conclusão 1980 1993 1994 1999 2001 2003 2003 2006 2005
Litologia
Basalto Basalt
o Granito Basalto Basalto
Granito /
Gneiss Basalto Basalto
Basalto
Espessura da
Camada (m) 0.80 0,80 1,00 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80
Enrocamento
Principal Montante do Eixo 1/3 à Monta nte 1/ 2,5 à Montante 1/3 à Montant e 1/3 à Montante 1/3 à
Montante 1/3 à Montante 1/3 à Montante Molhagem 250 l/m³ 250 l/m³ 150 l/m³ 100 l/m³ 100 l/m³ 200 l/m³ Taludes [V:H] [1:X] M: 1,4 J: 1,4 M: 1,3 J: 1,4 M: 1,4 J: 1,3 M: 1,3 J: 1,2 M: 1,3 J: 1,2 M: 1,25 J: 1,3 / 1,2 M: 1,25 J: 1,2 M: 1,3 J: 1,2 Espessura da Laje [0,30+] (m) 0,0035H 0,003 5H 0,0034H 0,0020H 0,0020H 0,0020H 0,0020H 0,0030H Armadura (%) V: 0,4 H: 0,4 V: 0,4 H: 0,3 V: 0,4 H: 0,4 V: 0,4 H: 0,3 V: 0,35 H: 0,35 V: 0,4 H: 0,3 V: 0,4 H: 0,3 V: 0,4 H: 0,4 Muro Crista a
Jusante Não Não Não Não Sim Sim Não Sim
2.2.3. Barragens de resíduos
No texto introdutório deste capítulo foram abordadas as condições de geração de rejeitos no processo de mineração, assim como a definição deste material.
As barragens para contenção são apenas um dos métodos utilizados para a disposição dos resíduos. Sendo que sua utilização parte do principio da avalição das características físicas, químicas, minerais e geotécnicas destes materiais.
A classificação efetiva do rejeito pode caracterizá-lo como um rejeito sólido ou argiloso: “Os
rejeitos, quando de granulometria fina, são denominados lama, e quando de granulometria grossa (acima de 0,074 mm), são denominados rejeitos granulares” (ESPÓSITO, 2000 apud
DUARTE, 2008, pag. 06).
A partir desta essencial classificação define-se a forma de descarte e disposição, sendo o primeiro escolhido entre o transporte a granel ou de polpa, e o segundo diversificado em
minas, empilhamento, disposição em pasta ou pela barragem de contenção de rejeitos.
É uma condição exclusiva das barragens de rejeitos a execução de alteamentos ao logo do tempo, visando o confinamento futuro de forma econômica e ambientalmente correta, pois exclui a necessidade de novas estruturas e outras áreas.
Os métodos de alteamento são classificados em três tipos: método à montante, método à jusante e método da linha de centro.
2.2.3.1. Método de montante
Este método de alteamento consiste na execução de um dique19 inicial constituído de enrocamento ou solo compactado e este dique servirá como ponto de partida da estrutura por onde se iniciará o lançamento do rejeito. Neste procedimento o lançamento do rejeito é feito no sentido de jusante para montante.
19 Dique: Construção destinada a represar águas correntes; reservatório com comportas; represa (Dicionário
Este processo é cíclico e sucessivo, isto significa que seu término se dá apenas quando se atinge a cota de projeto e o mesmo pode ser realizado em futuros alteamentos (Figura 14).
Figura 14 – Método de Montante.
Fonte: Amorim (2007), modificado.
O método de alteamento a montante é o mais simples e econômico utilizado para alteamento, mas acarreta riscos no que diz respeito ao controle construtivo, pois a estrutura de contenção é construída sobre o rejeito depositado (uma vez que o lançamento é para montante) não compactado e sem um sistema efetivo de drenagem, questionando-se assim, a sua resistência e a segurança de contenção da barragem.
2.2.3.2. Método de jusante
O método de jusante inicia-se também com o dique para contenção, construído com material compactado (solo ou rocha). A partir do dique efetua-se o lançamento e compactação sucessiva dos materiais citados (para jusante), até atingir-se a cota de projeto (Figura 15).
1 2
MONTANTE JUSANTE
1. Execução do Dique –enrocamento ou solo compactado
2. Processo de Alteamento Sucessivo –sentido jusante para montante (utilização de rejeito como material de alteamento)
O método de jusante é considerado de fato mais seguro e vantajoso no que condiz ao processo construtivo, uma vez que existe o controle no lançamento e compactação dos materiais (a estrutura atingirá a resistência pré-determinada em projeto) e a contenção não se estabelece sobre o rejeito, permitindo a execução de um sistema de drenagem eficaz.
Figura 15 – Método de Jusante.
Fonte: Amorim (2007).
Entretanto, barragens alteadas pelo método de jusante necessitam de maiores volumes de material para construção, apresentando maiores custos associados ao processo de ciclagem ou ao empréstimo de material. Além disto, com este método, a área ocupada pelo sistema de contenção de rejeitos é muito maior devido ao progresso da estrutura para jusante em função do acréscimo da altura (ARAÚJO, 2006) apud (DUARTE, 2008).
2.2.3.3. Método de linha central
O método da linha central associa o processo executivo do método à jusante com o mesmo posicionamento do dique de partida e lançamento. A diferenciação que beneficia este método
está no fato de que no lançamento do material não existe o deslocamento da crista. Os
lançamentos se sobrepõem de forma “alinhada”, isto reduz o custo do processo, pois reduz a
quantidade de material necessário para estruturar o alteamento (Figura 16).
JUSANTE MONTANTE JUSANTE MONTANTE PRAIA DE REJEITO LÁGOA DIQUE DE PARTIDA DUTO DE REJEITO
O principal objetivo do método de linha central é reduzir as desvantagens provocadas pelas outras técnicas citadas anteriormente. Isto na prática significa a redução de área ocupada em relação ao método de jusante, a garantia de um maior controle no processo construtivo, além de permitir a projeção de um sistema de drenagem eficaz, (em comparação ao método de montante). A desvantagem está no fato de que este método reduz o volume do reservatório.
Figura 16 – Método de Linha Central.
Fonte: Amorim (2007).
Segundo Araújo (2006 apud DUARTE, 2008), a escolha de um ou outro método de execução
irá depender de uma série de fatores, tais como: tipo de processo industrial, características geotécnicas e nível de produção de rejeitos, necessidade de reservar água, necessidade de controle de água percolada, sismicidade, topografia, hidrologia, hidrogeologia e custos envolvidos.
2.3. Métodos construtivos
–Barragens de enrocamento
Neste subitem apresentam-se os principais métodos construtivos que envolvem a construção de uma barragem de enrocamento, partindo da avaliação inicial das condições locais do terreno de implantação, as características físico-mecânicas dos enrocamentos utilizados, o controle do processo de compactação, os fatores que englobam a escolha do tipo de fundação, a execução do sistema de drenagem e a instrumentação geotécnica.
TE
MONTANTE
JUSANTE
PRAIA DO ATERRO HIDRAÚLICO TRANSIÇÃO ENTRE O MATERIAL
DEPOSITADO EM CADA ALTEAMENTO E A PRAIA DE ATERRO HIDRAÚLICO DIQUE DE PARTIDA
2.3.1. Caracterização do terreno
A caracterização do terreno da área destinada à construção de uma barragem envolve, não apenas a sua avaliação geológica local, assim como também se torna imprescindível o estudo da hidrologia local, a realização de um levantamento das áreas de empréstimos locais, sendo este último um fator crucial para a viabilização econômica na construção de uma barragem, esta é uma definição de Cruz (1996).
Do ponto de vista geotécnico obtém-se o levantamento das condições mecânicas, físicas e químicas do solo existente na área de implantação. Estes resultados são obtidos pelo meio de ensaios específicos que determinam a granulometria, a resistência a cisalhamento e as características que classificam o tipo de solo dentro de patamares já existentes.
Entretanto, é preciso ter conhecimento claro das condições de topografia local e como esta barragem se enquadrará no contexto natural do meio, até mesmo com levantamento histórico da região. Segundo Cruz (1996, pág. 95 cap. 3) todo local para a construção de uma barragem é geologicamente conturbado. Os riscos de se encontrar falhas sísmicas no terreno devem ser avaliados antes do inicio do projeto, evitando qualquer problemática estrutural e inviabilidade econômica futura.
Para um levantamento mais amplo que busque evitar tais problemas são realizadas prospecções geológicas mais abrangentes envolvendo a execução de poços e galerias que
darão acesso a áreas onde as sondagens não atingem.
O estudo hidro geológico 20está diretamente ligado às condições disponíveis para as fundações que serão executadas, uma vez que estas informações permitem um levantamento dos tratamentos necessários à permeabilidade da estrutura e como será sua comunicação com o reservatório da barragem.
20 Estudo hidro geológico: Segundo Cruz, (1996), refere-se à definição do nível do lençol freáticos e o
Este fator torna-se de extrema importância, uma vez que a permeabilidade da fundação pode provocar futuros vazamentos na estrutura, mas o terreno pode vir auxiliar, em determinados
casos, com esta comunicação quando o mesmo possui alta permeabilidade e não se comunica com o reservatório, dispensando o prévio tratamento.
Um dos principais focos de viabilidade econômica para a construção de uma barragem de enrocamento são as áreas de empréstimos de material. Para isto, o levantamento destas áreas e o conhecimento característico prévio da região de implantação da barragem trarão claras condições do real custo das atividades de transporte de material, Cruz (1996).
Contudo, é importante ressaltar que nem sempre o local mais próximo será o de melhor condição, ainda que mais econômico. É importante avaliar as condições de formação de pressões neutras construtivas, a necessidade de filtros efetivos e a previsão de volume das áreas de empréstimos, evitando assim sérios problemas futuros que podem se direcionar para o rompimento da barragem.
A Figura 17 apresenta os resultados gerados pelo rompimento da Barragem de Rejeitos em Miraí, estado de Minas Gerais, onde o material armazenado invadiu os vilarejos vizinhos à estrutura.
Segundo relatório divulgado pela FEAM - Fundação Estadual do Meio Ambiente, o motivo do rompimento desta barragem foi a condição de desnível na crista da estrutura, junto à ombreira direita. O vertedouro21 de emergência, localizado nesta ombreira não possuía um revestimento adequado à passagem do fluxo. Juntamente a estes fatos, ocorreram períodos de intensas precipitações que agravaram as condições deste ponto do reservatório, resultando na ruptura da barragem.
21 Vertedouro: O excesso de água acumulada em um reservatório de uma barragem deve ser extravasado de
forma segura por um canal ou túnel, de montante para a jusante. Neste sentido, o vertedouro é o órgão de segurança da represa (Wikipédia, 2011).
Figura 17 – Rompimento da Barragem São Francisco, Mirai – MG.
Fonte: Duarte (2008).
2.3.2. 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
24apresentam 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.
