1 - BARRAGENS 

1.1 - INTRODUÇÃO:

Barragens são estruturas de armazenamento de água ou qualquer outro material de acordo com a sua finalidade.

Os tipos básicos de barragens são: (MASSAD, 2003)

•Barragens de concreto gravidade (concreto massa);

•Barragens de concreto estrutural com contrafortes;

•Barragens de concreto em arco de dupla curvatura;

•Barragens de terra-enrocamento;

•Barragens de enrocamento com membrana de concreto;

•Barragens em aterro hidráulico;

•Barragens de terra.  MAIS USUAL NO BRASIL

1.2 – Tipos de Barragem de Terra:

Barragens de Terra Homogêneas:

Mais comuns. Construída com apenas um tipo de material.

Fonte: DAVID DE CARVALHO 

Barragens de Terra Homogêneas:

Mais comuns. Construída com apenas um tipo de material.

Fonte: DAVID DE CARVALHO 

Barragens de Terra Zoneadas:

Possuem um núcleo impermeável, existem duas zonas externas de material granular, mais permeável e mais resistente ao deslizamento.

Barragem de Serra da Mesa - Eng. Hidário Martins e Eng. Naresi

Fonte: DAVID DE CARVALHO 

1.3 – Barragem para contenção de minérios:

Para contenção de rejeitos são utilizados barragens de terra zoneadas, onde são construídos diques com solo compactado e os rejeitos são dispostos hidraulicamente na crista da barragem , formando uma “praia de rejeitos”.

1.4 – Barragem Córrego do Feijão (Brumadinho – MG):

O estudo de caso compreende a estrutura denominada Barragem I, sistema de contenção de rejeitos da usina de concentração de minério de ferro da Mina de Córrego do Feijão, propriedade da VALE S.A., situada no município de Brumadinho/MG. 

A barragem Córrego do Feijão está em operação desde 1976, possui uma altura total de cerca de 81m e é composta de um dique inicial na El. 874,0m, com sucessivos alteamentos para montante apoiados em rejeitos previamente estocados. A crista atual encontra-se na El. 937,0m, correspondente ao nono alteamento da estrutura. (Geoconsultoria, 2006).

2 – PROJETO DE BARRAGENS

2.1- INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS

Assim como outros projetos geotécnicos obras de terra para construção de barragens devem ter um intenso levantamento geotécnico principalmente nos locais favoráveis para a implantação de barragens envolvam descontinuidades geológicas associadas a feições topográficas especiais, como corredeiras, cotovelos nos cursos dos rios, encostas escarpadas, etc.

2.2  - PRINCÍPIOS PARA PROJETO:

O projeto de uma barragem de terra deve pautar-se por dois princípios básicos: segurança e economia.

Quanto a segurança deve ser garantida:

a) ao transbordamento, que pode abrir brechas no corpo de barragens de terra e de enrocamento;

b) ao piping e ao fenômeno de areia movediça;

c) a ruptura dos taludes artificiais, de montante e de jusante, e aos taludes naturais, das ombreiras adjacentes ao reservatório;

d) ao efeito das ondas formadas pela ação dos ventos, atuantes na superfície dos reservatórios, e que vão se quebrar no talude de montante, podendo provocar sulcos de erosão

e) ao efeito erosivo das águas das chuvas sobre o talude de jusante.

3 – MECANISMOS DE ACIDENTES EM BARRAGENS 

3.1 – Mecanismos de Acidente: Liquefação

Numa concepção geral, a liquefação pode ser entendida como sendo o  fenômeno  da perda da resistência de um material, induzida por acréscimos de poropressões, sob solicitações não drenadas. 

Em condições reais, esta perda súbita e substancial de resistência induz rupturas potencialmente catastróficas, caracterizadas por deslocamentos rápidos e de grande extensão  das massas  mobilizadas (os chamados ‘fluxos de ruptura’). 

A liquefação é um fenômeno potencialmente crítico no caso de depósitos de rejeitos de mineração. Com efeito, a construção de diques ou aterros sobre uma fundação contendo rejeitos fofos e saturados pode induzir aumentos rápidos nos níveis de tensões em condições não drenadas. 

Além disso, a disposição de rejeitos a montante destes diques, usualmente realizada por meio da técnica de aterro hidráulico, implica acréscimos contínuos de rejeitos saturados no âmbito da estrutura.

3.1 – Mecanismos de Acidente: Liquefação

Numa concepção geral, a liquefação pode ser entendida como sendo o  fenômeno  da perda da resistência de um material, induzida por acréscimos de poropressões, sob solicitações não drenadas. 

3.2  - Piping (“Erosão subterrânea Retrogressiva”), 

Esse fenômeno consiste no carreamento de partículas de solo pela água em fluxo, numa progressão de jusante para montante, daí o termo "regressivo“ empregado para designá-lo; com o passar do tempo, forma-se um tubo de erosão, que pode evoluir para cavidades relativamente grandes no corpo das barragens, levando-as ao colapso.

Piping ou erosão interna

É definido como um desenvolvimento progressivo de erosão interna por infiltração, aparecendo a jusante como um buraco vertendo água. O piping é induzido pela erosão regressiva das partículas a jusante e ao longo da linha a montante em direção a um ambiente externo até que um duto contínuo seja formado. A erosão pode ocorrer no subsolo se houver cavidades, rachaduras na rocha ou outras aberturas grandes o suficiente para que as partículas do solo possam ser lavadas e transportadas para longe por infiltração de água.

Anomalias como a erosão progressiva pode favorecer a desorganização das linhas de fluxo e consequentemente o aumento da porosidade da barragem e das poropressões.

Lembrando que a água sempre vai percolar pelo local mais fácil. Por isso, é sempre importante que haja um sistema de drenagem interno, assim, tem-se o controle de por onde a água vai passar. Um dos grandes vilões das barragens é um mau dimensionamento dos seus sistemas de drenagem interno, a ausência ou mesmo sua colmatação pode ocasionar em uma erosão interna.

Outro fator crucial para evitar o Piping é a utilização de materiais especificados em projeto, atendendo a critérios de granulometria, resistência e permeabilidade.

Um sistema de monitoramento geotécnico utilizando Piezômetros e Medidores de Vazão convencionais e Automatizados também deve ser implantado já que o piezômetro convencional tem a capacidade de detectar as variações de poropressões geradas pelo Piping. Já os medidores de vazão medem as vazões de percolação através das estruturas essa água que percola o seu maciço pode ser de certa forma monitorada utilizando uma calha de alvenaria para sua condução até o local onde as leituras de fluxo serão geradas através de um sensor de corda vibrante automatizado. Lembrando que somente a água é que deve ir embora, as partículas de solo da barragem devem ficar.

Então se essa água que percola possui um aspecto turvo, é sinal de que há presença de solo nela, isto pode ser um sinal de que esteja ocorrendo um fenômeno de erosão interna Piping na estrutura. 

3.2  - Fatores condicionantes do Piping

Fatores condicionantes do Piping:

A ausência de filtros horizontais tipo sanduíche, construídos com materiais pedregosos, francamente permeáveis;

• As condições de compactação do maciço terroso;

• A ausência de transições adequadas entre solos e materiais granulares;

• A presença de fundações arenosas,

Solução: Drenagem interna em Barragens

Critério de Filtro de Terzagui

Condições de Falha Geológica em Gravidade nas Fundações de Barragem. A resposta de uma fundação de maciço rochoso às forças exercidas por uma barragem podem causar ruptura. A consciência dessa possibilidade é fundamental para a segurança das barragens.  A figura mostra exemplos de condições geológicas que podem dar origem a diferentes tipos de falhas. No entanto, situações geológicas que permitem e favorecem a estabilidade podem ser tornadas instáveis pela pressão da água. A experiência de acidentes envolvendo fundações de barragens tem demonstrado a importância das forças da água como fator decisivo nos mecanismos que levam ao rompimento da fundação da barragem. Modificado de Wahlstrom.

4 – POTENCIAL DE LIQUEFAÇÃO BARRAGEM CÓRREGO DO FEIJÃO

4.1 – Potencial de Liquefação na Barragem Córrego do Feijão:

Conforme estudo da barragem do Córrego do Feijão na dissertação de mestrado do Eng. WASHINGTON PIRETE DA SILVA (2010), aponta a possibilidade de liquefação na barragem de Brumadinho.

Em sua conclusão, o estudo afirma que os rejeitos presentes na estrutura constituem materiais que tendem a exibir "susceptibilidade potencial a mecanismos de liquefação”.

Foi elaborado pelo autor uma setorização das camadas mais susceptíveis à liquefação, utilizando refinamento dos dados de SONDAGENS SPT 

Também foi elaborado pelo mesmo autor uma setorização das camadas mais susceptíveis à liquefação, utilizando refinamento dos dados de ENSAIOS CPT 

Análise dos resultados das Sondagens SPT e dos Ensaios CPT respectivamente  realizados na barragem do Córrego do Feijão:

5 – SOLUÇÕES DE PROBLEMAS EM BARRAGENS

5.1 - Sistemas de drenagem interna em barragens

5.2 -Tratamento da fundação das Barragens

Os materiais que as constituem as barragens podem ser especificados e, portanto, conhecidos e controlados pelo projetista. O mesmo não ocorre com o terreno de fundação, que não foi posto por mão humana e sobre o qual tem-se pouco controle.

Em geral, o tratamento das Fundações significa o controle da percolação.

Para reduzir as infiltrações pelas fundações, e suas consequências (perdas d' água; excessos de pressão neutra e gradientes de saída elevados.

5.3 -Trincheira de Vedação ou Cut Off

Trata-se de urna escavação, feita no solo de fundação, que é preenchida com solo compactado. É como se o aterro da barragem se prolongasse para baixo, nas fundações

Condições de Falha Geológica em Gravidade #Dam Fundações🌍 A resposta de uma fundação de maciço rochoso às forças exercidas por uma barragem pode causar ruptura. A consciência dessa possibilidade é fundamental para a segurança das barragens. 📸 A figura mostra exemplos de condições geológicas que podem dar origem a diferentes tipos de falhas. No entanto, situações geológicas que permitem e favorecem a estabilidade podem ser tornadas instáveis pela pressão da água; A experiência de acidentes envolvendo fundações de barragens tem demonstrado a importância das forças da água como fator decisivo nos mecanismos que levam ao rompimento da fundação da barragem. 📚 Modificado de Wahlstrom, 1974 

6 - FATOR DE SEGURANÇA EM BARRAGENS

6.1 – RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS

Solos como vários outros materiais em engenharia resistem bem as tensões de compressão, mas tem resistência limitada  a tração e ao cisalhamento.

  Nos solosà  ruptura caracterizada por deslocamentos relativos entre as partículas (cisalhamento) à desprezadas as deformações das partículas e dos fluidos dos vazios do solos :

Resistência dos solos

=

Resistência ao Cisalhamento dos Solos.

Resistência ao Cisalhamento dos solosà Tensão cisalhante máxima que o solo pode suportar sem sofrer ruptura ou tensão cisalhante no plano de ruptura no momento da ruptura.

Planos onde as tensões cisalhantes superam a resistência ao cisalhamento dos solos à Planos de ruptura

    Resistência ao Cisalhamento à uma das propriedades fundamentais de comportamento dos solos à  Suporte para solução de problemas práticos em Engenharia Geotécnica.

Escorregamento Translacional                    

Escorregamento Rotacional

6.2 – ANÁLISE DE ESTABILIDADE

A estabilidade de talude é geralmente analisada a partir do fator de segurança.

O fator de segurança contra a ruptura do solo é o critério para a avaliação da estabilidade de uma barragem e é definido como a razão entre as forças

Estabilizadoras (forças resistentes) e as forças desestabilizadoras (forças atuantes).

A ruptura se dá, então, quando essas forças se igualam e o Fator de Segurança iguala a unidade.

6.3 – CÁLCULO DA ESTABILIDADE DO TALUDE DE CORTE – CÁLCULO DO FATOR DE SEGURANÇA

 Os métodos de equilíbrio limite na sua maioria dividem a região do solo delimitada pela superfície de ruptura em fatias verticais, analisando as condições de cada fatia isoladamente.

Método do Talude Infinito

Método de Culman – Ruptura Planar

Método das Lamelas – Ruptura Circular

Método de Fellenius – Ruptura Circular

Método de Bishop – Ruptura Circular

Método de Bishop Simplificado – Ruptura Circular

Método das Lamelas:

8 – NORMAS PARA PROJETO DE BARRAGENS

Norma da ABNT trata para barragens de mineração:

 ABNT NBR 13028:2017 - Mineração - Elaboração e apresentação de projeto de barragens para disposição de rejeitos, contenção de sedimentos e reservação de água – Requisitos

Especifica os requisitos mínimos para a elaboração e apresentação de projeto de barragens de mineração, incluindo as barragens para disposição de rejeitos de beneficiamento, contenção de sedimentos gerados por erosão e reservação de água em mineração, visando atender às condições de segurança, operacionalidade, economicidade e desativação, minimizando os impactos ao meio ambiente.

Classificações conforme DN COPAM Nº. 062/2002:

Considerando-se o somatório dos valores (V) dos parâmetros de classificação da Tabela 1, as barragens são classificadas quanto ao potencial de dano ambiental em três categorias:

•Baixo potencial de dano ambiental – Classe I, quando a somatória dos valores for menor ou igual a dois (V ≤ 2);

•Médio potencial de dano ambiental – Classe II, quando a somatória dos valores for maior que dois e menor ou igual a quatro (2 < V ≤ 4);

•Alto potencial de dano ambiental – Classe III, quando a somatória dos valores for maior que quatro (V> 4);

:

Em suma, a presença de descontinuidades que podem atuar em conjunto para formar blocos ou cunhas que tenham viabilidade cinemática para falha é um fator importante a ser considerado. Condições de ruptura por deslizamento em fundações rochosas são possíveis se as estruturas geológicas estiverem alinhadas na mesma direção que as forças de empuxo da barragem. Altas pressões de água são necessárias, bem como superfícies de descontinuidade com baixa resistência ao cisalhamento (por exemplo, breccia de falha, enchimento de argila ou zonas intemperizadas) e grandes planos contínuos para permitir o movimento na direção do empuxo. No entanto, mesmo quando as condições geológicas favorecem o deslocamento de grandes blocos e cunhas, o fator decisivo é a contribuição das pressões da água. 

RISCO é o resultado da probabilidade de ocorrência de um determinado evento e suas consequências.

Dentro desse contexto, realizaremos avaliações de cenários de riscos geológicos, geotécnicos, ambientais, de saúde e segurança no trabalho, considerando seu impacto no setor de mineração. 

Utilizaremos técnicas como ETA (Event Tree Analysis), FMEA (Failure Mode and Effect Analysis), FTA (Fault Tree Analysis) e outras técnicas de avaliação de risco.

Projeto de Instrumentação Geotécnica  => Vida útil  variando de 20 a 30 anos à Devendo ser readequado a novas condições de operação do empreendimento.

Rotina de um projeto de Instrumentação:

Fonte: Wiliam Machado 

Projeto perfeito de instrumentação:

INSTRUMENTAÇÃO PARA MEDIÇÕES DO COMPORTAMENTO DO NÍVEL D’ÁGUA:

Medidor de Nível D'água e Piezômetro:

Troca de Livros co o querido Professor Sandro Salvador Sandroni. em recente congresso de Geotecnia em Campinas - SP.

Finalizo este bate-papo com aa seguintes frases:

Devido à sua constituição, versatilidade e facilidade de emprego, as barragens de aterro acabam por se tornarem propensas à ruptura.

 É de total importância que projetistas, construtores e mantenedores tenham amplo conhecimento técnico sobre este tipo de estrutura para que seja garantida a segurança desse tipo de barragem.

        OBRIGADO PELA ATENÇÃO DE TODOS !!!!!!!!!

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