1
Introdução
O
Brasil é um país de dimensões continentais e, em termos de recursos hídricos,
com grandes diferenças de distribuição espaço-temporal destes recursos. Para
lidar com os longos períodos de estiagem, uma das soluções encontradas e
bastante difundida na região Nordeste do país é a construção de barragens para
reservar a água dos períodos de chuva.
As
barragens necessitam de manutenções periódicas que visam o prolongamento da sua
vida total, conforme preceitua a NBR 5674/12 [1]. Entretanto, seja por motivos culturais, pela falta de
conhecimentos técnicos ou por negligência, a falta de manutenção de obras desse
porte oferece um risco potencial de perdas humanas, ambientais e econômicas num
eventual colapso. A maioria dos proprietários de barragens entendia que a
manutenção de uma barragem se resumia a capinar e manter a tomada d'água
funcionando. Com a recente criação de dispositivos legais essa cultura está
sendo, aos poucos, modificada.
O
Art. 1º da Lei nº 12.334, de 20 de setembro de 2010, “Estabelece a Política
Nacional de Segurança de Barragens (PNSB) e cria o Sistema Nacional de
Informações sobre Segurança de Barragens (SNISB).” (Brasil, 2010) [2]. Este instrumento normativo
estabeleceu critérios de enquadramento das barragens com relação à categoria de
risco e ao dano potencial associado. Essa lei trouxe um grande avanço ao
conceituar e definir os responsáveis pela manutenção da barragem como
Empreendedor e atribuindo aos órgãos responsáveis pela outorga de construção a
função de fiscalização dos fundamentos da PNSB.
Em
Pernambuco, o órgão fiscalizador das barragens de acumulação de água, e
responsável pela implantação da Lei, é a Agência Pernambucana de Águas e Clima
(APAC). As atividades neste sentido tiveram início em 2012, com a capacitação
da equipe, tendo sido o primeiro levantamento das barragens a serem
fiscalizadas enviado para a Agência Nacional de Águas (ANA) apenas em 2013.
Foram
solicitados, inicialmente, os últimos relatórios de inspeção que os órgãos
possuíam de cada uma das barragens sob sua responsabilidade e que se
enquadravam na Lei. Neste ponto, ocorreu o recebimento de ficha de inspeção da
Barragem de Jucazinho, de responsabilidade do Departamento Nacional de Obras
Contra as Secas (DNOCS), datada de 2004, no qual o engenheiro responsável já
indicava a necessidade de uma vistoria e análise por parte de um especialista
em Concreto Compactado a Rolo (CCR), tendo em vista que foi observado um fluxo
excessivo de água nos drenos e carreamento de material. Esses dois problemas,
segundo a ficha de inspeção, indicavam um nível de alerta para a barragem.
Ainda
em 2004, uma equipe de professores da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)
em inspeção constatou uma descarga anormal dos drenos da ombreira esquerda,
além de uma deposição no interior da galeria de material muito fino,
provavelmente lixiviado do CCR.
Em
2011 o DNOCS contratou uma empresa para reavaliar as anomalias identificadas em
2004 e elaborar projetos para a recuperação do barramento.
2
Justificativa
A barragem de
Jucazinho é a 3ª maior em volume de acumulação do Estado de Pernambuco com 327
hm³, abastecendo 15 municípios e cerca de 800 mil pessoas. Mesmo com as chuvas
de 2017 encontrava-se em situação de colapso no abastecimento de água desde
setembro de 2016 [3].
A grande
importância no abastecimento de água e o risco de inundação de cidades à
jusante num eventual colapso motivaram a escolha desse barramento para o presente
artigo.
3
Objetivos
Descrever as principais manifestações patológicas em barragens de
acumulação de água e avaliar as anomalias encontradas na barragem de Jucazinho
e as terapias propostas nos estudos contratados pelo DNOCS;
4
Principais
Manifestações Patológicas encontradas em Barragens de Concreto
As
manifestações patológicas em estruturas de concreto têm suas origens em
qualquer uma das atividades dos processos da construção civil, ou seja, na
concepção, na execução ou no uso [4]. Os sistemas de deterioração do concreto podem ser divididos
em:
i) Mecânico
– relacionado à ação mecânica do meio na estrutura;
ii) Físico-químico
– relacionado à ação físico-química na estrutura;
iii) Corrosão
de armadura – relacionado aos fenômenos eletroquímicos.
A deterioração
do concreto das estruturas do barramento deve ser combatida de modo que se
possa manter a segurança operacional do barramento. Cabe salientar que os
equipamentos e instrumentos que compõem o barramento devem sofrer manutenção
periódica para reduzir a possibilidade de interrupções na operação.
As principais
manifestações patológicas encontradas na Barragem de Jucazinho são: abrasão,
cavitação e trincas e fissuras, conforme apresentado a seguir.
4.1
Abrasão
O principal
mecanismo responsável pela deterioração por abrasão em barragens de concreto
são as partículas sólidas carregadas pela água, especialmente, em regiões
sujeitas a grandes velocidades de água, como é o caso das bacias de dissipação.
A erosão por
abrasão se caracteriza pela remoção de agregados “moles” ou da argamassa em
torno dos agregados; pela perda de parte do concreto da superfície; e, às
vezes, pela severa destruição do concreto por ocasionar um aspecto de
superfície jateada. Este tipo de desgaste contribui para o surgimento de outras
manifestações patológicas, pois torna a superfície do concreto mais poroso [5].
Entre os
métodos mais comuns para tratar as superfícies de concreto desgastadas pela
abrasão, quando se faz impossível eliminar as causas, temos o de combater: na
construção, através do uso de concreto adequadamente dosado; na reparação, com
concreto de alta resistência; e na reabilitação estrutural, através do uso de
concreto com polímeros ou com proteção de resinas epoxídicas [6].
4.2
Cavitação
Segundo
Kormann [7], o processo de cavitação consiste na
formação de microbolhas provocadas pela baixa pressão em locais onde a
velocidade de escoamento é excessiva. A principal característica do processo é
a instabilidade dessas microbolhas que quando transportadas para regiões com
pressões mais altas colapsam liberando uma grande quantidade de energia.
O desgaste do
concreto por cavitação é caracterizado por uma superfície irregular, áspera,
rugosa, com agregados à vista, dando aspecto de uma “bicheira”; superfície
esburacada de pouca profundidade eventualmente mostrando que o agregado foi
arrancado. Geralmente esse fenômeno ocorre, principalmente, a jusante de juntas
de contração em soleiras de vertedouros e bacias de dissipação.
De acordo com
Kormann [7], é ideal que as medidas mitigadoras
para combater o desgaste por cavitação sejam previstas já na concepção da obra
hídrica, evitando curvaturas abruptas ou desníveis, além de especificar, quando
possível, o uso de concretos especiais, com blindagem ou com película de proteção.
A cavitação,
normalmente, é produzida em regiões onde o fluxo da água se separa da
superfície do concreto, seja pela mudança brusca de direção ou pela passagem de
água em grande velocidade sobre uma superfície de escoamento com
irregularidades superficiais.
4.3
Trincas
e fissuras
As
fissuras podem ser consideradas uma manifestação patológica que, mesmo sendo um
dano de ocorrência mais comum, é aquela que mais chama a atenção dos leigos [8].
Na fase de
construção as fissuras podem ter como origem [8]:
i) Retração
plástica;
ii)
Assentamento plástico;
iii)
Movimentação de formas e escoras;
iv)
Movimentação das armaduras;
v) Retração
Hidráulica; e
vi) Retração
Térmica.
Em uma
barragem, a identificação deste tipo de anomalia é primordial para evitar
fluxos indesejáveis que comprometam a estanqueidade da obra e venham a provocar
erosão [5].
A fissura
aberta pode facilitar o ingresso de agentes agressivos e ser uma das causas de
mais deterioração do concreto.
Na fase
operacional, fissuras podem aparecer devido a recalques diferenciais na
fundação, tensões de origem térmica, sobrecarga excessiva da barragem, além de
armadura insuficiente onde se tratar de concreto armado.
As medidas
corretivas são diversas e variam de acordo com a causa e a localização da
anomalia. Eventualmente pode ser necessário o rebaixamento do reservatório e o
tratamento da fundação, com injeção de epóxi para selar as fissuras e restaurar
a monoliticidade do concreto, ou utilizar membrana sobre as fissuras para
eliminar eventuais infiltrações que estejam ocorrendo.
Em casos mais
simples, o tratamento pode ser feito com injeção de calda de cimento ou resina.
E quando se tratar de concreto armado, de uma limpeza e remoção do concreto
solto e posterior injeção de epóxi nas fissuras, refazendo o acabamento
superficial e, eventualmente, um acréscimo de armadura.
5
Metodologia
A pesquisa em
questão se trata de um estudo de caso que visa expor as manifestações patológicas
identificadas na barragem de Jucazinho pela consultoria contratada pelo DNOCS
em 2011 procurando descrevê-las e indicar os possíveis tratamentos. Para
alcançar os objetivos propostos, essa metodologia foi dividida em:
i) Elaborar
uma revisão bibliográfica sobre as principais anomalias encontradas em
barragens de acumulação de água, bem como, suas ações corretivas mais comuns;
ii)
Caracterizar a estrutura da barragem de Jucazinho;
iii)
Compilação das anomalias encontradas, considerando os locais das ocorrências,
sua gravidade e terapias recomendadas para o tratamento.
6 Estudo de Caso:
Barragem de Jucazinho
6.1
Caracterização
A barragem de
Jucazinho é parte integrante de um conjunto de obras planejadas em 1978 para o
controle de cheias no rio Capibaribe e situa-se entre os municípios de Surubim
e Cumarú. A construção ocorreu entre os anos de 1996 e 1998 e a técnica
construtiva adotada foi o Concreto Compactado a Rolo (CCR) que dentre suas
inúmeras vantagens possibilitava uma produtividade maior com custo reduzido
comparado aos com outros sistemas. O barramento possui uma altura máxima de
63,20 m e 442,0 m de extensão pelo coroamento, o volume de CCR empregado na
construção foi de 358.479 m³ e 68.271 m³ em concreto convencional. O maciço do
barramento tem um paramento de montante vertical e talude de jusante vertical a
partir da crista até a cota 285,0 e a partir daí uma inclinação de 0,80V;1,0H
até o estrato rochoso da fundação [9].
A
estanqueidade da barragem é atribuída à laje vertical de montante de concreto
convencional, com espessura de 0,80 m da base até a cota 269,0 m e a partir daí
até a crista com espessura de 0,60 m. Essa laje teve um consumo de cimento da
ordem de 300,0 kg/m³. Nas juntas de dilatação foram utilizadas veda juntas simples
de PVC, tipo Fungenband 0-35. O tipo de cimento utilizado foi o Portland
Pozolâmico o consumo de cimento no traço de CCR variou de 100 kg/m³ da fundação
até a cota 241,0 m, piso do trecho central da galeria, e a partir daí até a
crista para 80 kg/m³ [9].
A barragem
conta com um extravasor principal de comprimento de 170,0 m, escalonado em
degraus de espelhos variáveis. A soleira situa-se na cota de 292,0 m, a lâmina
máxima prevista em projeto é de 6,0 m o equivalente a uma descarga máxima de
5.446,69 m³/s considerando um tempo de retorno de 1000 anos. A obra conta com
dois extravasores laterais com a soleira situada na cota de 295,0 m e
comprimento de 57,0 m, cada. É previsto para esses dois extravasores laterais
uma lâmina máxima de 3,0 m, o que corresponde a uma descarga máxima de 645,65
m³/s, cada [10].
6.2
Extravasor
Principal
No relatório
da consultoria contratada pelo DNOCS [9] foi verificado a existência de bexigas no concreto
localizadas no extravasor principal a montante. Esse tipo de dano ao concreto
é, geralmente, característico de erosão por abrasão.
O tratamento
recomendado para essa manifestação é a recuperação da área degradada com a
aplicação de argamassa de alta resistência.
Foto 1: Detalhe
da bexiga com a ferragem exposta a montante do creager do extravasor principal.
Fonte: DNOCS [9],
2011
Foto 2:
Bexiga com a ferragem
exposta a montante do creager do extravasor principal. Fonte: DNOCS [9], 2011.
6.3
Bacia
de dissipação
No relatório
da consultoria contratada pelo DNOCS [9] consta que as chuvas ocorridas em 2004 provocaram um
extravasamento de uma lâmina d’água de 1,40 m que foi suficiente para danificar
a bacia de dissipação. Essa ocorrência chama a atenção, pois o extravasor
principal do barramento foi projetado para vazões específicas de 28,60 m³/s/m
decorrente de um tempo de retorno de 1000 anos. Segundo Kormann [7], é recomendável que a velocidade do
escoamento não seja superior a 12 m/s.
Verifica-se
que o extravasor principal foi projetado prevendo velocidades muito acima da
recomendada podendo vir a sofrer erosão por cavitação. Para evitar o
aparecimento dessa manifestação, bem como, evitar novos danos à bacia de
dissipação foram sugeridas pela consultoria duas soluções possíveis [9]:
i) Preencher
os degraus do extravasor com concreto convencional, a fim de obter uma calha
lisa utilizando a estrutura do salto em esqui para dissipar a energia,
entretanto, essa solução representaria um custo bem maior de execução;
ii) Manter a
estrutura em degraus existente e implantar ao final do extravasor o salto em
esqui cuja concha seria elevada para acima do nível de água a jusante para
cheias de 10.000 anos. Para vazões mais frequentes haveria uma dissipação
considerável de energia sobre os degraus, contudo para passagens de cheias de
maior recorrência com vazões acima de 15 m³/s/m poderia causar danos aos
degraus decorrente da cavitação.
Foto 3: Vista do trecho imediatamente à jusante do extravasor, onde deverá ser
recuperada a bacia de dissipação e implantada a estrutura em salto em esqui.
Fonte: DNOCS [9],
2011.
6.4
Maciço
da barragem
No maciço da
barragem foram identificadas treze juntas de dilatação. No bloco esquerdo de
transição, nas imediações do extravasor lateral da ombreira direita,
observou-se um conjunto de fissuras, que culminou com a trinca transversal,
desenvolvida após a construção a qual se propagou de montante à jusante pela
crista, aprofundando-se até a cota 288,86 m no maciço rochoso da ombreira
direita de fundação. Quando o nível d’água se eleva além da cota 288,86 m,
ocorrem infiltrações de água através dessa trinca, embora já tenha sido feito
um tratamento preliminar com injeção de nata de cimento pelo DNOCS [9].
No caso
específico da Barragem Jucazinho devido à forma do vale, deveriam ter sido
previstas juntas adicionais nos pontos de inflexão da fundação, de modo a
prevenir o aparecimento de trincas. Para o tratamento das trincas existentes
está prevista, pelo projeto de recuperação, a injeção de resina poliuretânica [9].
Foto
4:
Trinca subvertical na
laje vertical de montante, com 5,0 m de extensão e abertura obturada com
argamassa, situada na ombreira direita. Fonte: DNOCS [9], 2011.
Foto
5: Trinca na laje de
montante da ombreira esquerda com 4,0 m de extensão e 3,00 mm de abertura.
Fonte: DNOCS [9],
2011.
Foto 6: Trinca a montante do creager do extravasor principal com 2,00 m de
extensão e 6,0 mm de abertura. Fonte: DNOCS [9], 2011.
Foi observada
uma desagregação nos degraus à jusante dos extravasores laterais, como também,
o desenvolvimento de vegetação rasteira (Foto 2). Tal indício é referente à
possível surgência de água que pode estar ocorrendo no barramento [9]. No projeto de recuperação está
prevista a injeção de resina de poliuretano para eliminar as infiltrações
identificadas.
Foto
7: Degraus
em concreto no trecho de jusante da barragem, na ombreira esquerda bastante
umedecidos e desagregados. Fonte: DNOCS [9], 2011.
Foto
8: Vegetação
nos degraus do talude de jusante da barragem, devido às infiltrações de água.
Fonte: DNOCS [9],
2011.
6.5
Galerias
O interior da
galeria da barragem de Jucazinho concentrou o maior número de ocorrências de
manifestações patológicas. Ainda em 2004 já havia sido observada a surgência
concentrada de água e a deposição de material muito fino, provavelmente
lixiviado do CCR, e de outro material rochoso e limpo no interior da galeria
indicando um possível deslocamento do material de fundação.
Foi verificado
também que, quando a barragem atingiu a cota 293,5 m houve a ruptura de um
dreno nas proximidades de uma junta. É possível que tenha ocorrido uma ruptura
localizada do veda junta, em uma zona de emenda, ou de uma fissura no concreto
que envolve o mesmo, ou ainda uma porosidade por falta de adensamento adequado
do concreto de face ao redor do veda-junta.
As
infiltrações de água detectadas, na época, no interior da galeria ocorrem de
forma generalizada nas paredes e no teto, medindo-se vazões totais acumuladas
da ordem de 5,6 l/s, através dos danos estruturais (trincas, porosidade dos
concretos, bexigas, juntas frias entre camadas de concreto, ruptura ou mal
colocação dos veda-juntas etc.) verificados na laje vertical de montante [9].
Foto
9: Entrada da galeria
situada nas proximidades da ombreira esquerda, verificando-se desmoronamentos
no teto e no lado esquerdo a valeta de saída das águas drenadas na galeria.
Fonte: DNOCS [9],
2011.
Foto
10: Fissura com 3,0
mm de abertura na parede da entrada da galeria, situada na ombreira esquerda.
Fonte: DNOCS [9],
2011.
Figura
11: Surgência
localizada de água na parede de montante da galeria situada na ombreira
esquerda. Fonte: DNOCS [9],
2011.
Figura
12:
Detalhe de um poço de
alívio danificado situado na valeta de drenagem da galeria no trecho central da
barragem. Fonte: DNOCS [9],
2011.
Figura
13: Detalhe
de um poço de alívio danificado situado na valeta de drenagem no trecho central
da barragem. Fonte: DNOCS [9], 2011.
As
infiltrações, localizadas no contato do maciço com o estrato rochoso de
fundação na cota 278 m, são atribuídas a um tratamento inadequado da fundação.
Dessa forma o tratamento proposto foi a injeção de cimento somente no estrato
rochoso em estágios a cada 3 metros. Para este tratamento a estrutura foi
dividida em dois trechos: no trecho I as injeções seriam através da crista da
barragem, pois não existia galeria naquela região; o trecho do piso da galeria
seria perfurado para injetar o cimento [9].
7 Considerações finais
Este
artigo visa contribuir para a importância de uma sistemática de inspeções, haja
vista que, foi uma inspeção periódica de segurança que iniciou o processo de
investigação.
Pode-se
destacar aspectos relevantes que devem ser verificados para barragens em
concreto, tais como:
i)
É fundamental manter a existência de uma sistemática de inspeções regulares e o
registro, de forma organizada e acessível, do histórico das anomalias
encontradas bem como de sua evolução;
ii)
É aconselhável aproveitar as oportunidades para inspecionar o paramento de
montante, sempre que ele estiver exposto, nos períodos mais longos de estiagem,
por se tratar de uma estrutura que se submete a variações sazonais do nível
d'água;
iii)
É necessário implementar uma cultura de manutenção racionalizando o processo
através de ferramentas de gestão;
iv)
É importante elaborar uma metodologia para caracterização do grau de risco ao
tombamento e/ou rompimento, a exemplo do já existente para edifícios de
alvenaria resistente [11].
v)
É imprescindível verificar se o dimensionamento da velocidade de escoamento do
projeto básico está dentro do recomendável para prevenir danos à bacia de
dissipação.
Reforça-se
aqui a máxima de que é melhor adotar as medidas preditivas e preventivas às
corretivas, tanto no que se refere aos danos estruturais, quanto no referente
ao custo de sua recuperação.
Referências
[1] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS
TÉCNICAS. NBR 5674: Manutenção de edificações — Requisitos para o sistema de
gestão de manutenção. Rio de Janeiro: ABNT, 2012.
[2] BRASIL. Lei nº 12.334 de 20 de
setembro de 2010. Disponível em: http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/_ato2007-2010/2010/lei/l12334.htm. Acesso em 25 ago. 2017.
[3] COMPANHIA PERNAMBUCANA DE SANEAMENTO.
https://servicos.compesa.com.br/. Acesso em 25 ago. 2017.
[4] SOUZA, VICENTE CUSTÓDIO DE.
Patologia, recuperação e reforço de estruturas de concreto / Vicente Custódio
Moreira de Souza e Thomaz Ripper - São Paulo: Pini, 1998.
[5] ZUCH, R. A. Manifestações Patológicas
nas Estruturas em Concreto de Usinas Hidrelétricas: Levantamento de Ocorrências
e Estratégias de Reparo Utilizadas. Dissertação (Graduação em Engenharia
Civil). Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Jun 2008.
[6] KUPERMAN, S. C. Deteriorações em
Barragens de Concreto. CURSO DE SEGURANÇA DE BARRAGENS. Agência Nacional de
Águas, Brasília, 2011.
[7] KORMANN, A. C. M. Estudo do Desempenho
de Quatro Tipos de Materiais para Reparo a Serem Utilizados em Superfícies
Erodidas de Concreto de Barragens. Dissertação (Mestrado em Engenharia) – Programa
de Pós- Graduação em Construção Civil. Universidade Federal do Paraná,
Curitiba, 2002
[8] SOBRINHO, C. W.A.P. Patologia das
Estruturas de Concreto Armado. Notas de aula, Mar 2016.
[9] DEPARTAMENTO DE OBRAS CONTRAS AS
SECAS. Volume I – Memorial Descritivo, Relatório 5 – Relatório final e projeto
executivo, Fev 2013.
[10] AGÊNCIA PERNAMBUCANA DE ÁGUAS E CLIMA.
Ficha técnica da barragem, 2016.
[11] SOBRINHO, C. W.A.P. Metodologia para
Caracterização de Grau de Risco ao Desabamento de Edificações em Alvenaria
Resistente. Notas de aula, Ago 2009.