Barragem Bragantia

P R O J E T O E CONSTRUO D E UMA B A R R A G E M D E T E R R A (*)G . B . BARRETO, engenheiro-agrnomo, Seo de Conservao do Solo e R . FORSTER, engenheiro-agrnomo, Estao Experimental Central, Instituto Agronmico

RESUMO Neste t r a b a l h o apresentado, em detalhes, o projeto para construo de u m a barragem de t e r r a , na qual f o i empregada, com bons resultados, a impermeabilizao do ncleo central por meio do hidrxido de sdio em soluo a 3%c. A impermeabilidade f o i determinada durante a fase da construo, em amostras de solo de estrutura no deformada. Aps a concluso d a represa esse efeito f o i a v a liado determinando-se a posio assumida pela l i n h a de saturao, no interior do aterro. Acham-se descritas, t a m b m , as tcnicas usadas para a impermeabilizao do ncleo e para a determinao da l i n h a de saturao.

(*) Recebido para publicao e m 2 2 de novembro de 1957.

b)

e s t u d a r o m e l h o r t e o r de u m e d e c i m e n t o d o solo p e l o a fim de q u e a compactao do m e s m o se

imper-

meabilizante,

processe

d e n t r o das m e l h o r e s c o n d i e s ; c) e s t u d a r a p o s i o d a l i n h a d e s a t u r a o e m b a r r a g e m de t e r r a

c o m n c l e o i m p e r m e a b i l i z a d o p o r u m a das solues e n u m e r a d a s ; d) prticas. determinar dados experimentais para futuras aplicaes

1.2

OBJETIVO PRTICO

O b t e r g u a e m q u a n t i d a d e s u f i c i e n t e p a r a a t e n d e r s n e c e s s i d a des r e s u l t a n t e s d e e x p e r i n c i a s d e i r r i g a o d e c u l t u r a s . N o p r e s e n t e t r a b a l h o so a p r e s e n t a d o s os d a d o s coletados d u r a n t e a construo da referida barragem. experimentais

2 _

MATERIAL2.1

E MTODO

LOCALIZAO

A e s c o l h a d o local d e s t i n a d o c o n s t r u o d e u m a b a r r a g e m d e v e r , s e m p r e q u e p o s s v e l , r e c a i r sobre u m a g a r g a n t a e s t r e i t a s i t u a d a p r x i m a d o l o c a l a ser b e n e f i c i a d o p e l a c o n s t r u o , a f i m d e b a r a t e a r o seu c u s t o e t a m b m o d a u t i l i z a o d a g u a a r m a z e n a d a . N o caso d a b a r r a g e m M o n j o l i n h o , e n t r e t a n t o , o l o c a l j se e n c o n t r a v a p r e v i a m e n t e d e t e r m i n a d o : e l a d e v e r i a ser c o n s t r u d a n o m e s m o local em que existiu antiga barragem, tambm de t e r r a p o r m de m u i t o menores propores, e da qual herdou o nome.

2.2

DADOS DjSPONVEIS

I n i c i a l m e n t e e r a m os s e g u i n t e s os d a d o s d i s p o n v e i s p a r a o r i e n t a r a construo: a) levantamento planimtrico e altimtrico da Estao 1:5 0 0 0 ; Experi-

m e n t a l C e n t r a l do Instituto A g r o n m i c o , n a escala b)

levantamento p l a n i m t r i c o e a l t i m t r i c o da bacia de i n u n d a 1 : 4 0 0 , c u r v a s de n v e l l o c a d a s d e m e t r o e m metro;

o, na escala

c)

rea a p r o x i m a d a d a bacia de c a p t a o , a v a l i a d a e m 2 5 1 , 4 1 0 7

h a e o b t i d a de p l a n t a d o m u n i c p i o d e C a m p i n a s ; d) vaso do crrego c o n t r i b u i n t e d a b a r r a g e m , m e d i d a por meio (apresentada no g r f i c o da f i g u r a 1-A;

de vertedores t r i a n g u l a r (ngulo de 9 0 ) e r e t a n g u l a r (soleira 0 , 7 2 c m ) a m b o s de paredes delgadas

e)

dados

locais de p r e c i p i t a o

mdia

mensal

para o

perodo

1943-1952, conforme o grfico da f i g u r a 2;

f)

d a d o s sobre e v a p o r a o :

n a f a l t a de dados locais

sobre

p e r d a s d e g u a p o r e v a p o r a o , p o r g e n t i l e z a d a L i g h t a n d Power C o . , de So P a u l o , u t i l i z a m o s r e s u l t a d o s o b t i d o s p a r a l o c a l i d a d e (quadro g) 1); a n l i s e f s i c o - m e c n i c a d o solo local (terra-roxa-misturada), prxima

p r o v e n i e n t e d e m i s t u r a s e m p o r e s v a r i v e i s e n t r e o a r e n i t o d e Bot u c a t u e a t e r r a - r o x a - l e g t i m a (9): a r g i l a 4 8 % ; areia grossa 2 0 , 0 % ; limo 3 2 % ; classificao: argiloso;

h) de onde

t e o r e s de m a t r i a o r g n i c a a v r i a s p r o f u n d i d a d e s , n o seria retirada terra principalmente para a

local da

construo

c o r t i n a de v e d a o e t a l u d e de m o n t a n t e d a b a r r a g e m

(quadro 2);

i)

dados sobre

infiltrao:

inexistindo

dados

experimentais

sobre o m o n t a n t e d a s p e r d a s d e g u a p o r i n f i l t r a o l o c a l , f o i a m e s m a avaliada e m 2 5 % do t o t a l ; j) d a d o s sobre n e c e s s i d a d e s d o c o n s u m o : d e s t i n a n d o - s e a g u a na barragem principalmente para fins experimentais de irriem

acumulada

i r r i g a o , o c o n s u m o d e p e n d e r i a do n m e r o de experincias de g a o c o n d u z i d a s , das condies c l i m t i c a s e do t i p o de c u l t u r a experimentao.

2.3

TIPO DE BARRAGEM ESCOLHIDA

A escolha d a construo para a b a r r a g e m M o n j o l i n h o recaiu no t i p o de g r a v i d a d e , sendo t e r r a o m a t e r i a l As barragens de t e r r a c o n s t i t u e m empregado. boa soluo, principalmente

p a r a p e q u e n o s r e p r e s a m e n t o s e p a r a os casos e m q u e a f u n d a o d e v a r e p o u s a r sobre t e r r a .

2.3.1

FORMA

Foi e s c o l h i d a a forma

retilnea,

p o r ser a m a i s i n d i c a d a p a r a a

natureza do material destinado construo.

2.3.2

PERFIL

Escolheu-se o p e r f i l homogneo, t a n t e de 3:1

c o m i n c l i n a o do t a l u d e de m o n menor como

e o d e j u s a n t e 2 , 5 : 1 , f o r m a t r a p e z o i d a l , a base

c o n s t i t u i n d o a parte superior d a b a r r a g e m e destinada a servir e s t r a d a , t e n d o a l a r g u r a f i x a d a de 7 , 0 m ( f i g u r a s 3 - 0 e 4 ) .

3

DESCARGA M X I M A

ESPERADA, D A B A C I A

DE

CAPTAO contribui

c o n s i d e r a d a b a c i a de c a p t a o a r e a d e t e r r a q u e

c o m e n x u r r a d a s p a r a a u m e n t a r o c u r s o d e g u a a ser r e p r e s a d o . V r i o s so os m t o d o s d e d e t e r m i n a o d a d e s c a r g a m x i m a esperada e m u m a bacia de c a p t a o . N o caso d a b a r r a g e m f o i d e t e r m i n a d a pelos m t o d o s d e F u l l e r (5,7) Monjolinho,

e de B u r k l j - Z i e g l e r ( 1 ) ,

t e n d o s i d o o b t i d o s os r e s u l t a d o s d a d o s a s e g u i r .

3.1

MTODO DE FULLER

Qd

=

KA

0 , 8

onde Qd K = = mdia anual a das ser vases mximas dirias por em caso, psVsegundo com dados

coeficiente disponveis

determinado,

caso

A

=

rea e m milhas quadradas.

S u b s t i t u i n d o pelos v a l o r e s , t e r e m o s : Qd = Qo = 100 X 0,970 '0 0 8

= J97T590- ps c b i c o s / s e g u n d o3

Q d (1 - f - 2 , 6 6 - ' ) =

ITQjZQ

ps c b i c o s / s e g u n d o

A vaso m x i m a esperada Q, ser: Q = Q o (1 + 0,8 log T ) = 4erir&86 psVseg. = 4+=37GLjTi /seg8

3.2 4

F R M U L A DE BURKLI-ZIEGLER

Q

=

0,022 onde

K I A ] / - ^

Q K I J A

= = = =

vaso e m

m /seg

3

c o e f i c i e n t e , varivel de acordo c o m a b a c i a de c a p t a o i n t e n s i d a d e de p r e c i p i t a o e m declividade em m/km cm/hora

rea da bacia de captao e m ha

S u b s t i t u i n d o pelos v a l o r e s t e r e m o s :4

Q

=

0,022

X

0,30

X

12 X

251,4 l / ^ y ^

=

13,300 m / s e g

3

4 _

PROJETO

DA

BARRAGEM

C a l c u l a d a a d e s c a r g a m x i m a d a b a c i a t o r n a - s e possvel e l a b o r a r o projeto, o qual plani-altimtrica , e m g e r a l , d e s e n h a d o sobre p l a n t a (figura 3). topogrfica da rea escolhida

4.1

C L C U L O DO EXTRAVASOR (LADRO)

No

caso d e

pequenas

barragens, o

l a d r o d e v e ser ( 2 ) ; n o caso d e

calculado grandes absorver

para dar escoamento enxurrada

mxima

b a r r a g e n s , pode-se c o n t a r c o m a b a c i a d e i n u n d a o p a r a

p a r t e dessa e n x u r r a d a . O c l c u l o d o e x t r a v a s o r p o d e r ser f e i t o u s a n do-se q u a l q u e r d a s f r m u l a s d e s t i n a d a s a o c l c u l o d e vases e m v e r t e d o r e s d e p a r e d e s espessas, o u e n t o p o d e r ser o b t i d o e m c a l c u l a d a s c o m o a u x l i o dessas f r m u l a s (2). tabelas

N a barragem M o n j o l i n h o o extravasor foi calculado pela f r m u l a : Q = onde Q = B = H = vaso, e m m / s e g largura da soleira, em m altura da lmina vertente, em m3

1,77

BH

3 / 2

T e n d o a descarga da bacia sido c a l c u l a d a e m

13,300 m / s e g e m.

3

t e n d o sido f i x a d a a l a r g u r a d o v e r t e d o r e m 4 , 5 0 m , s r e s t a v a d e t e r m i n a r a a l t u r a , o u s e j a H , q u e f o i a c h a d a ser i g u a l a 1,41

4.2

C L C U L O DO V O L U M E A C U M U L A D O

baseado na p l a n t a t o p o g r f i c a da bacia inundada. A- s e m i - s o m a d e d u a s r e a s c o n s e c u t i v a s , m u l t i p l i c a d a p e l a d i f e r e n a de a l t u r a e n t r e e l a s , d a r o v o l u m e a c u m u l a d o p a r c i a l ; a s o m a dos v o l u m e s p a r c i a i s d a r o v o l u m e t o t a l A s reas circunscritas c u r v a de c o t a 9 8 coluna). (figura acumulado. a

pelas c u r v a s d e n v e l d e c o t a 9 3 a t 3-B) encontram-se no quadro 3

(segunda

O v o l u m e a c u m u l a d o t o t a l p o d e r ser o b t i d o s o m a n d o - s e os v o lumes parciais ou diretamente pela expresso:

V

T

=

(

A

l

+

A

n

)

X h + A

2

+ A

3

A

n

0

Ai, A temos:

2

A de

n

r e p r e s e n t a m as r e a s c i r c u n s c r i t a s pelas d i f e Substituindo Ai, A2

rentes c u r v a s

nvel.

etc.

pelos seus

valores

V

T

=

(

2

8

1

6

+

34291,2

j

1

+

7

9

9

Q

+

1

5

1

2

3

2

_(_ 2 0 7 8 4

+

+

3 0 1 9 2

=

92643,2

4.3

PROTEO C O N T R A A

AO

DAS

ONDAS

A s b a r r a g e n s de t e r r a d e v e r o t e r u m a a l t u r a a d i c i o n a l d o n v e l d a g u a , p a r a p r o t e o c o n t r a a a o das o n d a s . A a ser a c r e s c e n t a d a da rea inundada: barragem poder ser c a l c u l a d a pela

acima altura

seguinte

f r m u l a , onde f distncia, em k m , entre o aterro e o ponto extremo

HH

=

~~

+

~

] / f

=

~

+

~

]/

0,3

=

0,68

m

A velocidade e m m / s e g , p a r a valores de H compreendidos 0 , 5 e 2 , 0 m , p o d e r ser c a l c u l a d a p e l a f r m u l a :

entre

V

= -|- + "4" ~ | - ~ " ' =H O

H=

+

X

68

1/82m/seg

-

A a l t u r a a d i c i o n a l a ser a c r e s c e n t a d a b a r r a g e m , a c i m a d o n v e l da gua ser:

=

K ( H + - - )o coeficiente de g a r a n t i a para os

onde

K

(=

1 a 2 , 5 ) constitui

d i f e r e n t e s t i p o s de c o n s t r u o e n a t u r e z a d o t e r r e n o .

DEZ., 1958

BARRETO & FORSTER BARRAGEM DE TERRA

131

S u b s t i t u i n d o os v a l o r e s n a f r m u l a t e r e m o s :

H o =

1,2(0,68+-2-)

=

1,02

m

4 . 4 CLCULO D A CRISTA A largura da parte superior da barragem (crista) poder ser

calculada pele f r m u l a :

b =

3 +

-yj-

(H

3)

N o caso d a b a r r a g e m M o n j o l i n h o a c r i s t a f o i p r e v i a m e n t e f i x a d a e m 7 , 0 m , pois d e v e r i a s e r v i r d e e s t r a d a .

4 . 5 CLCULO D A BASE D e v e n d o o t a l u d e d e m o n t a n t e t e r d e c l i v e de 1:3, e o de j u s a n t e de 1:2,5 e s e n d o a l a r g u r a d a c r i s t a de 7 , 0 m , a l a r g u r a d a base m a i o r ser i g u a l B = b + a: 3H + 2,5 H = 7,0 + 3 X 7,7 + 2,5 X 7,7 = 49 m

4 . 6 CLCULO DO C O M P R I M E N T O

DO ATERRO

O c o m p r i m e n t o d o a t e r r o , de 2 6 0 m , f o i d e t e r m i n a d o e m p l a n t a t o p o g r f i c a d o local ( f i g u r a 3-B).

4 . 7 V O L U M E D A BARRAGEM O v o l u m e de t e r r a n e c e s s r i o c o n s t r u o d o m a c i o f o i minado pela frmula: deter-

x/V ou seja:v =

B 4- b

.. X H X

, L

=x

J

49,0 +

7,0

0,0

+

7,7

x

2

6

0

=

2

8

0

0

0

m

3

1324.8

B R A G A N T I A

VOL.

17, N . o 8

C L C U L O DO V O L U M E DE ESCAVAO PARA

FUNDAO

O v o l u m e da escavao necessria f u n d a o foi obtido

multi-

plicando-se o c o m p r i m e n t o pela largura da. f u n d a o e pela p r o f u n d i dade mdia. A profundidade que deveria a t i n g i r a f u n d a o d e t e r m i nou-se p o r m e i o de s o n d a g e n s e f o i , e m m d i a , 2 , 5 m .V =

E

L X I X P volume da escavao comprimento 200 m largura = 4,5 m 2,5 m 2 250 m3

onde V L I , de o n d e :V0

E

= = =

P

; profundidade mdia ==

200

X

4,5

X

2,5

=

4.9

CLCULO DA

ESCAVAO PARA O

LADRO

Pode ser f e i t o p e l a VL

frmula:

=

L X I X h, o n d e

VL L I h donde VL

v o l u m e de e s c a v a o p a r a o l a d r o = = = = comprimento = largura altura = 18,0 X 18,0 m

4,50 m 1,40 m 4,5 X 1,40 = 162m3

4.10

V O L U M E T O T A L DO ATERRO

O v o l u m e t o t a l d o a t e r r o i g u a l s o m a dos v o l u m e s ou seja: V V V dondeVT

parciais,

T

= =

V + V

E /

onde3

v o l u m e d o a t e r r o 2 8 0 0 0 m volume da escavao = 28 000 4- 2 250 =

E

= =

2 250 m3

s

30 250 m

BARRETO &

FORSTER DE TERRA

DEZ.,

1958

BARRAGEM

133

4 . 1 1 IMPERMEABILIZAO A escolha do impermeabilizante a ser e m p r e g a d o depende do

c u s t o d o p r o d u t o e d a p r e f e r n c i a d e c a d a u m p o r este o u aquele material. A i m p e r m e a b i l i z a o d a c o r t i n a de vedao e do t a l u d e d a barr a g e m " m o n j o l i n h o " f o i f e i t a t r a t a n d o - s e o solo c o m u m a s o l u o a 3/oo d e h i d r x i d o d e sdio (soda c u s t i c a ) , n a o c a s i o m a i s e c o n m i c a q u e os d e m a i s i m p e r m e a b i l i z a n t e s e p o r q u e e s t a s o l u o a p r e s e n t a r a os m e l h o r e s r e s u l t a d o s e m testes p r e l i m i n a r e s d e i m p e r m e a b i l i z a o , r e a l i z a d o s c o m a m o s t r a s d o solo d o l o c a l ( 2 , 4 ) . O aterro foi feito e m pequenas camadas, irrigando-se o ncleo central c o m a soluo i m p e r m e a b i l i z a n t e at obter u m g r a u de u m i d a d e q u e p e r m i t i s s e b o a c o m p a c t a o c o m " p d e c a r n e i r o " . O rest a n t e do m a c i o , e m b o r a m u i t o b e m c o m p a c t a d o , n o recebeu meabilizante. Testes de p e r m e a b i l i d a d e realizados posteriormente e m amostras de solo c o m e s t r u t u r a n o d e f o r m a d a , r e t i r a d a s d a c o r t i n a d e v e d a o e do talude d a barragem, provaram a absoluta impermeabilidade g u a C). imper-

4 . 1 1 . 1 C L C U L O DO V O L U M E DE .SOLO A SER IMPERMEABILIZADO A impermeabilizao foi feita no ncleo central do aterro, e m

u m a f a i x a d e 1,5 m d e l a r g u r a p a r a l e l a a o e i x o l o n g i t u d i n a l d a b a r ragem. O volume impermeabilizado f o i , portanto: Vi = L X I X h = 260 X 1,0 X 7,7 = 1 820 m;