AQCA - PIPING

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERABA 
 
 
 
 
 
 
 
 
MEDIDAS DE PREVENÇÃO E CONTROLE DO EFEITO PIPING EM 
BARRAGENS DE TERRA. 
 
 
 
Mauricio Andrei de Moura Cardoso 
RA 1154145 
 
 
 
 
 
 
Pedro Leopoldo – MG 
2023/3 
SUMÁRIO 
 
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................ 3 
2 BARRAGEM .................................................................................................... 3 
3 FINALIDADES DE UMA BARRAGEM.............................................................4 
4 TIPOS DE BARRAGENS CONVENCIONAIS ................................................. 4 
4.1 Barragens de terra .................................................................................... 4 
4.2 Barragens de enrocamento ....................................................................... 5 
4.3 Barragens de concreto .............................................................................. 5 
5 PIPING ............................................................................................................ 6 
6 EFEITO PIPING – COMO AMENIZAR ............................................................ 7 
7 MEDIDAS CONSTRUTIVAS PARA EVITAR O PIPING ................................. 7 
7.1 Sitema de drenagem ................................................................................. 8 
7.2 Filtros ou drenos ....................................................................................... 9 
8. CONCLUSÃO................................................................................................ 11 
REFERÊNCIAS..................................................................................................12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
 A construção de barragens é uma importante atividade na engenharia civil, já 
que estas estruturas são capazes de armazenar grandes volumes de água que podem 
ser utlizados para fins diversos como por exemplo a geração de energia hidrelétrica, 
abastecimento de água potável, irrigações de terrenos etc. 
 São mecanismos largamente utilizados e muito eficientes para a resolução de 
problemas de ordem hídrica. 
 As barragens de terra em particular, são amplamente utilizadas em todo o 
mundo, devido á sua simplicidade construtiva e menor custo de construção se 
comparada as barragens de concreto, porém, estão sujeitas a fenômenos que podem 
colocar tudo a perder. 
 Uma das maiores preocupações relacionadas às barragens de terra diz 
respeito a segurança e a estabilidade da estrutura que podem ser comprometidas por 
muitos fatores. 
 Uma das falhas mais comuns em barragens de terra é o fenômeno piping 
também conhecido como erosão tubular regressiva. 
 O piping é um processo em que a água penetra na barragem e começa a criar 
canais que podem enfraquecer a estrutura da barragem e dependendo do seu grau 
até colapsar a estrutura. 
 Dessa forma diversas etapas devem ser seguidas à risca e análises prévias 
devem ser realizadas a fim de se identificar as situações que podem contribuir 
diretamente ou indiretamente para o aparecimento ou a evolução deste processo 
colocando em prática as medidas corretivas para o seu controle. 
 Qualquer anomalia causada numa barragem pode acarretar riscos à 
população, localizada a jusante. Porém acidentes que ocasionam o colapso de uma 
barragem, o seu poder destrutivo pode ser, com tal intensidade, quanto o seu tamanho 
e sua capacidade de acúmulo, causando uma larga destruição em massa (SAMPAIO, 
2014). 
 
 
2 BARRAGEM 
 
Definição: Uma barragem, represa ou açude é uma barreira artificial, feita em 
cursos de água para a retenção de grandes quantidades de água; o corpo de água 
resultante é um lago artificial, o qual também costuma receber as mesmas 
denominações. A sua utilização é sobretudo para o abastecimento de água de zonas 
residenciais, agrícolas, industriais, produção de energia elétrica (energia hidráulica), 
ou regularização de um caudal (WIKIPÉDIA). 
 
 
4 
 
 
3 FINALIDADES DE UMA BARRAGEM 
Uma das principais finalidades de uma barragem é um maior armazenamento 
de água possível para abastecimento de regiões residenciais ou industriais, além da 
geração de energia através do processo de usinas hidrelétricas. 
 As barragens também podem ter outros objetivos como conter rejeitos 
oriundos de minerações diversas para que os mesmos sejam tratados antes de serem 
jogados no circuito hídrico, regularização de cursos d’água e irrigações de terrenos no 
seu entorno. 
 
4 TIPOS DE BARRAGENS CONVENCIONAIS 
 
 Entre as barragens convencionais podemos destacar as de concreto e as de 
terra e enrocamento. 
4.1 Barragens de terra 
 
São construídas com aterro compactado, geralmente formado por camadas de 
solo e rocha, que são compactadas em camadas por rolos compressores. 
Podem ser de um único material no caso menos permeável possível 
(homogênea) ou ter um núcleo com material argiloso (heterogênea) conforme figuras 
1 e 2. 
Devido ao seu custo e facilidade de construção por não precisar de transporte 
de materiais de longas distâncias são mais comuns em todo o mundo. 
 
5 
 
 
Figuras 1 e 2. Fotos de barragens de terra 
4.2 Barragens de enrocamento 
 
São construídas com rochas ou blocos de pedra, que são empilhados em 
camadas, formando uma estrutura resistente. Essas barragens podem ser protegidas 
com concreto ou geotêxteis para aumentar sua resistência. 
4.3 Barragens de concreto 
 
São geralmente construídas de forma semelhante as estruturas civis utilizando 
concreto armado, concreto ciclópico (produzido com grandes pedras) ou também 
podem utilizar a metodologia chamada CCR (concreto compactado a rolo). 
A sua utilização é mais viável onde existe não existe disponibilidade de 
materiais para construção de barragens de terra. Podem se subdividir em 3 tipos: 
Barragem de gravidade, arco e contraforte. 
 
 
 
6 
 
5 PIPING 
 
Definição: A erosão tubular regressiva conhecida como piping, é um processo 
de erosão interna que ocorre de maneira progressiva em barragens de terra, tem seu 
início com o transporte sedimentar por fendas ou tubos no interior do maciço 
inconsolidado ou mal compactado por carreamento de grumos de silte e argila. 
 Pode ser causado por uma combinação de fatores incluindo a permeabilidade 
dos materiais da barragem, a própria pressão hidrostática da água e a inclinação da 
barragem dentre outros. 
 Como qualquer transporte sedimentar hidráulico, só acontece quando existe 
um fluxo hídrico capaz de carregar os sedimentos e espaço para que esta 
movimentação possa ocorrer. 
 Assim, a erosão tem início de jusante para montante do fluxo, onde ocorre a 
saída da água do barramento próximo à base do maciço. 
 À medida que progride a erosão aumenta o diâmetro das fissuras existentes, 
muitas vezes de forma acelerada, por percolação da água vai criando novas e 
maiores canais que se interconectam enfraquecendo o maciço. 
 Esse processo pode evoluir até colapsar estruturas que trabalhem sob 
pressão, como é o caso de barragens. 
 
7 
 
 
Figura 3. Representação da evolução de falha por piping – Fonte: GREGORETTI ET AL (2010) 
6 EFEITO PIPING – COMO AMENIZAR 
 
 Uma das formas de aumentar a segurança em relação ao fenômeno piping 
em uma barragem de terra é o emprego de camadas filtrantes na transição entre os 
materiais de granulometrias muito diferentes 
 Ao se avaliar ações para prevenir e ou amenizar os danos que venham a ser 
causados pelo efeito piping o principal fator a ser levado em consideração é a 
permeabilidade do solo. 
 Permeabilidade por definição é a maior ou menor facilidade que os solos 
oferecem à passagem de água. (Alonso, 1999),e o seu grau de avaliação é medido 
por um “coeficiente de permeabilidade (K)”. 
Ela é o principal fator causador da propagação das percolações pelos canais do 
maciço. 
 
7 MEDIDAS CONSTRUTIVAS PARA EVITAR O PIPING 
 
Várias técnicas podem ser utilizadas em separado ou em conjunto por que é 
muito difícil definir uma regra geral construtiva que contemple todas as variáveis. 
 
8 
 
Deve-se em cada caso entender as características do terreno e do projeto para 
somente assim buscar as medias que visam prevenir ou controlar o piping. incluindo: 
• Impermeabilizar a superfície da estrutura e seus entornos pode ser 
economicamente preferível, no entanto, demanda cuidado pois qualquer ponto de 
maior permeabilidade pode comprometer a segurança da estrutura. 
• Cimentar o maciço ou construir estruturas cimentadas estão entre as 
soluções mais seguras por garantir baixa permeabilidade e imobilidade de grãos, no 
entanto, a custos mais altos. 
• Imobilizar os grãos a jusante do fluxo vegetando o talude onde ocorre a 
surgência de água preferencialmente com espécies de raízes difusas e profundas. 
• Compactação do solo: O solo sob e ao redor da barragem pode ser 
compactado para reduzir sua permeabilidade e aumentar sua resistência à erosão. 
• Injeção de calda de cimento: A injeção de calda de cimento no solo pode 
ajudar a consolidar o solo e reduzir sua permeabilidade. 
• Monitoramento: O monitoramento regular da barragem e do solo ao 
redor pode ajudar a detectar sinais de piping. 
• Os filtros geotêxteis são feitos de materiais permeáveis e resistentes à 
tração, como poliéster ou polipropileno, e são colocados na base e nos taludes da 
barragem. 
• Implantação de sistemas de drenagens: Instalação de drenos 
dependendo das necessidades e características especificas de cada barragem. 
 
7.1 Sistema de drenagem 
 
 O Sistema de drenagem interno de uma barragem tem como função principal 
coletar a água que vai se infiltrando pelo corpo da barragem e o seu objetivo é conduzir 
esta água para fora da estrutura afim de evitar maiores danos e garantindo a 
estabilidade da mesma. 
 Este sistema também é responsável por coletar e remover as águas que por 
ventura possam se acumular nas camadas superficiais da barragem evitando o seu 
acumulo excessivo como durante chuvas intensas por ex. 
 
9 
 
 Os tipos de sistemas drenantes que podem ser utilizados nas barragens de 
terra irão depender das características do solo, do clima e das condições especificas 
da barragem e da região onde a mesma está localizada 
 O sistema de drenagem interno pode ser composto por diversos elementos 
que são projetados e instalados para garantir que a água seja coletada e conduzida 
de forma eficiente para fora da estrutura; estes elementos são chamados filtros ou 
drenos e deverá ser composto por um conjunto de filtros combinados entre verticais 
ou inclinados, sub-horizontais além dos drenos de pé e ou tapetes drenantes conforme 
figura 3. 
7.2 Filtros ou drenos 
 
 O Sistema de drenagem interno de uma barragem tem como função principal 
coletar a água que vai se infiltrando pelo corpo da barragem e o seu objetivo é conduzir 
esta água para fora da estrutura afim de evitar maiores danos e garantindo a 
estabilidade da mesma. 
 Este sistema também é responsável por coletar e remover as águas que por 
ventura possam se acumular nas camadas superficiais da barragem evitando o seu 
acumulo excessivo como durante chuvas intensas por ex. 
 Os tipos de sistemas drenantes que podem ser utilizados nas barragens de 
terra irão depender das características do solo, do clima e das condições especificas 
da barragem e da região onde a mesma está localizada 
 O sistema de drenagem interno pode ser composto por diversos elementos 
que são projetados e instalados para garantir que a água seja coletada e conduzida 
de forma eficiente para fora da estrutura; estes elementos são chamados filtros ou 
drenos e deverá ser composto por um conjunto de filtros combinados entre verticais 
ou inclinados, sub-horizontais além dos drenos de pé e ou tapetes drenantes conforme 
figura 3. 
Dreno vertical: Estes drenos são instalados na vertical, geralmente na forma de 
poços, e permitem que a água subterrânea seja drenada em profundidade. Esses 
drenos são particularmente úteis em solos mais permeáveis, onde a água pode se 
infiltrar rapidamente na barragem. Drenos verticais do tipo chaminé somente são 
recomendados para barragens até 30m de altura. 
 
10 
 
Dreno horizontal: São instalados ao longo da base da barragem e permitem 
que a água subterrânea seja drenada de forma controlada, isso ajuda a reduzir a 
pressão hidrostática sobre o solo e prevenir a erosão interna. Sendo um elemento que 
irá complementar o conjunto do sistema drenante e é feito pelo enrocamento. É 
responsável por conduzir o fluxo de água da fundação e a água coletada pelo filtro 
vertical para o pé do talude a jusante. Deverá ser formado por camadas de materiais 
granulares em camadas alternadas de areia fina, areia grossa e brita. 
Dreno de superfície: São utilizados para coletar e drenar a água da chuva e da 
superfície da barragem. Eles são geralmente instalados ao longo das cristas da 
barragem e podem ser combinados com sistemas de revestimento ou de proteção da 
superfície para prevenir a erosão. 
Dreno de pé de barragem: É um tipo de sistema drenante utilizado em 
barragens para reduzir a pressão hidrostática na base da estrutura. É instalado na 
interface entre a barragem e o solo da fundação, com o objetivo de captar a água que 
se infiltra na barragem e direcioná-la para fora da estrutura. Pode ser composto por 
um conjunto de tubos perfurados, colocados em uma vala escavada no solo da 
fundação, ou por um sistema de drenagem de gravidade, que consiste em uma série 
de canais ou trincheiras revestidos com material permeável. Pode ser complementado 
com outros sistemas de drenagem, como drenos horizontais ou verticais, para garantir 
a eficácia na drenagem da água infiltrada. Também asseguram a continuidade ao 
tapete drenante e constituem uma segurança adicional. 
Tapete drenante: O tapete drenante é composto por uma camada de geotêxtil, 
que é colocada sobre a superfície do solo da barragem. Esse geotêxtil permite a 
infiltração de água através dos seus poros, enquanto retém o solo e outras partículas 
finas. Abaixo do geotêxtil, é colocada uma camada de material filtrante, como areia ou 
cascalho, que permite a passagem da água filtrada para os drenos de pé de barragem 
ou outros sistemas de drenagem secundários. Independentemente do tipo de sistema 
drenante utilizado, é fundamental que sua instalação e manutenção sejam realizadas 
de forma adequada para garantir o seu desempenho e a sua eficácia na proteção da 
barragem. 
 
11 
 
 
Figura 3. Ilustração de tipos de filtros em barragens de terra. FONTE: Pires, 2016 
 
 
8. CONCLUSÃO 
 
Dada a natureza do processo um estudo com sondagens bem-feitas do local 
onde será construída a barragem deverá ser prioritário, o que deve mapear os riscos 
potenciais de segurança da construção por que nenhum método construtivo irá 
assegurar uma barragem totalmente impermeável. 
 Torna-se então necessário então que o responsável pelo projeto e sua equipe 
consigam mensurar as possibilidades mesmo que empiricamente de percolação de 
água dentro do maciço, promovendo condições para que este fluxo seja 
dimensionado, direcionado e controlado para que não promova nenhum dano 
significativo a estrutura. 
 
12 
 
 O processo de piping é uma séria preocupação a estabilidade das barragens 
de terra; no entanto com o uso das técnicas corretas e adequadas de engenharia 
torna-se possível minimizar o risco de falhas da estrutura e garantir a segurança da 
construção 
 Por contadas vantagens e desvantagens que cada solução construtiva que 
venha a ser adotada apresentar, a escolha da melhor abordagem depende da correta 
modelação das cargas as quais será submetida a estrutura e de suficiente 
conhecimento reológico, tanto do material empregado na estrutura como de seu 
entorno. 
 
REFERÊNCIAS 
 
VIANA, M.F. Notas de aulas de Mecânica dos Solos I (parte 13). Faculdade de 
tecnologia e ciências, 28p. 
 
GOMES, F. H. S. Quantificação de risco de piping em barragens de terra via 
abordagens probabilística e fuzzy. 2019, 139p. Dissertação (Mestrado em 
Engenharia Civil) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2019. 
 
CAPUTO, H. P. Mecânica dos solos e suas aplicações (fundamentos). Vol. 1. 6. 
ed., Rio de Janeiro - RJ: Livros Técnicos e Científicos Editora S. A., 244p. 2007. 
CORDEIRO, G. E. M. Estudo de fluxo em barragens de terra. 2017. 103p. 
Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Civil) - Universidade 
Federal do Paraná, Curitiba, 2017, 103 p. 
TONUSSI A. P. Estudo de ruptura de barragem por piping. 2017. 65p. Trabalho 
de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Civil) - Universidade do Sul de 
Santa Catarina, Florianopolis, 2017. 
 
PIRES, L. C. S. Notas de aula da disciplina Barragens de Terra e Enrocamento. 
2016. Faculdade do Noroeste de Minas (FINOM), Patos de Minas, 2016.