Escolha do Local do Reservatório: 3 Fatores

Este artigo esclarece os três fatores a serem considerados para a escolha do local do reservatório. Os fatores são: - 1. Geologia da área da bacia. 2. Geologia da área do reservatório (ou seja, a área a ser inundada) 3. Geologia do local da barragem.

Fator # 1. Geologia da Área de Bacia:

Isso afeta a proporção do escoamento e da percolação. Informações suficientes podem ser obtidas dos mapas existentes junto com informações adicionais coletadas por observações feitas em primeira mão.

Fator # 2. Geologia da área do reservatório (ou seja, a área a ser inundada):

O requisito importante aqui é que não haja medo de vazamentos quando o solo estiver sob pressão com a cabeça cheia de água no reservatório. O mapeamento geológico em larga escala (digamos de 10 cm a 9 km) pode ser feito para coletar e reunir os dados necessários. A localização do lençol freático também pode ser investigada, se necessário, e o possível assoreamento do local levado em consideração.

Geralmente, em muitos locais adequados para captação de reservatórios, encontramos depósitos superficiais como turfa, aluvião e mesmo deriva glacial presentes e estes excessivamente as rochas sólidas. A turfa deve ser evitada e sua espessura pode ser difícil de estimar, exceto em muitos furos. Se quantidade considerável de turfa estiver presente, sua remoção é necessária.

Os ácidos orgânicos e a matéria corante da turfa afetarão negativamente a pureza da água. Em alguns locais onde existiam depósitos de turfa de 8 a 10 m de espessura, eles foram tratados cobrindo-o com uma camada de areia limpa de 0, 5 m a 1 m de espessura. O aluvião pode não apresentar tal dificuldade, embora se as trincheiras tiverem que ser cortadas, pode ser necessário usar madeira de enxada difícil. Em alguns casos, o teor de água do aluvião pode representar dificuldades durante a construção.

Depósitos glaciais (como argila de rocha) são impermeáveis e podem ser vantajosos. Pelo contrário, se os depósitos contêm areias e cascalhos (ex. Morenas), estes materiais porosos podem levar a um vazamento sério. Em tais condições vale a pena escavar através dos depósitos permeáveis para a construção de um corte ou usar algum outro tratamento.

Rochas Permeáveis e Solúveis:

As rochas sob qualquer cobertura de depósitos superficiais podem algumas vezes apresentar algumas dificuldades. Estas são devidas à presença de rochas altamente permeáveis que podem afetar a impermeabilidade do reservatório. O calcário e essas rochas solúveis criam os problemas a esse respeito, uma vez que provavelmente desenvolvem canais de solução que podem levar uma grande quantidade de água.

Em tais situações, às vezes, as grandes cavidades na formação de calcário no local podem ser preenchidas em um dispendioso programa de injeção pela injeção de asfalto líquido quente através de uma série de furos feitos na rocha.

As camas de gesso são ainda mais solúveis do que o calcário. Existem casos de fuga de água através de uma camada de gesso que pode ser alargada pela solução. Há também casos de fluxo subterrâneo de água através de uma faixa de areia porosa, resultando em vazamento sério. Vazamentos também podem ocorrer através de fissuras.

Rochas improváveis de permitir a passagem de água incluem xistos e ardósias, xistos, gnaisses e rochas ígneas cristalinas, como granito (exceto em condições em que sistemas comuns bem desenvolvidos estão presentes nelas).

A percolação da água é possível através de rochas decompostas (dolerite e laterita) e, portanto, devem ser evitadas. Das discussões acima, concluímos que a principal consideração geológica em todos os locais das barragens é a estabilidade da rocha nas fundações.

As principais considerações geológicas na seleção de locais para represas são:

(a) As rochas subjacentes devem ter força suficiente para suportar o peso da barragem e o empuxo resultante.

(b) As rochas devem ser impermeáveis para evitar o vazamento de água abaixo da sola da barragem.

Um local ideal para uma represa é, portanto, uma faixa impermeável de rochas duras e fortes, livres de juntas ao longo do comprimento da represa. Como mencionado acima, granitos, gnaisses, xistos, etc.
fundação para uma represa.

As barragens de grande altura não podem ser eficientemente fundadas em estratos soltos e não consolidados como areia e marga, já que haverá perda considerável por percolação ou vazamento. No entanto, as barragens de baixa pressão podem ser construídas nessas áreas, desde que sejam dotadas de fundações amplas, sem fendas ou aberturas. As barragens não devem ser construídas através de um plano de falha. Pequenas fissuras e juntas podem, no entanto, ser seladas com material de concretagem. Mas, em um plano de faltas, se a vedação for feita, ela pode novamente aumentar durante os terremotos.

Considerações em rochas com cama ou folheadas:

Estruturas geológicas simples e rochas impermeáveis fornecem condições diretas para a construção de represas, onde os estratos não são altamente dobrados. Tais condições na realidade são raras, porque as considerações topográficas e outras governam parcialmente a escolha. Anticlines e synclines geralmente estão ocorrendo.

A Figura 18.7 mostra um vale de erosão em uma flexão anticlinal. Neste caso, uma represa fundada neste vale será eficiente até a altura da rocha impermeável, pois é à prova d'água. Acima deste nível, o vazamento ocorrerá através dos arenitos permeáveis de ambos os lados.

A Figura 18.8 mostra outro vale de erosão em um país montanhoso com os estratos de rochas em flexão anticlinal.

Uma represa ao longo deste vale é inadequada. O leito de arenito permeável é exposto ao fluxo neste caso.

No caso de rochas estratificadas que tenham leitos impermeáveis entrelaçados com estratos porosos, a barragem deve ser construída de modo que o seu comprimento seja paralelo à batida dos leitos e as fundações devem ser colocadas de modo a ter um avental de estratos impermeáveis sob o lado a montante da barragem. No caso de estratos inclinados, é bom colocar a base da barragem nos leitos com afundamentos a montante, em vez de leitos de inclinação acentuada, com afundamentos a jusante.

Quando as barragens são colocadas em rochas dobradas, é vantajoso colocá-las exatamente ou ligeiramente no lado a montante do eixo da crista da dobra anticlinal (Fig. 18.11). Mas no caso da dobra sinclinal, é melhor posicionar a barragem um pouco no lado a jusante do eixo da dobra.

Falhas e Deslizamentos:

Falhas podem representar um problema sério se estiverem abertas para a passagem da água. Eles se tornam potenciais saídas para a fuga de água armazenada do reservatório. Eles podem ser tratados por rejuntamento ou, alternativamente, pela abertura de valas ao longo da linha de fratura e preenchendo a vala com poça de barro ou concreto.

Deslizamentos de terra são indicações de estado instável. Tais áreas conhecidas por terem sido submetidas a deslizamentos de terra devem ser evitadas. A água que vaza através de um leito poroso pode levar a deslizamentos de terra nas encostas do reservatório algum tempo após o enchimento do reservatório.

Posição da mesa de água:

É natural que quando as condições de equilíbrio natural são alteradas devido ao acúmulo de um grande corpo de água represada, os efeitos de infiltração, desvio ou perturbação do fluxo de água do solo devem ser considerados. Alguma água do reservatório afundará no solo e o movimento dessa água depende da posição do lençol freático e da natureza das rochas.

Na maioria dos lugares, o lençol freático está localizado abaixo da superfície no vale que se eleva de ambos os lados. Quando o nível de água no reservatório não excede o nível do lençol freático sob qualquer terreno adjacente (como uma bacia hidrográfica local), não haverá perda séria por infiltração. Mas quando o nível da água do reservatório é maior em algum ponto, como na Fig. 18.13.

Haverá vazamentos e a quantidade desse vazamento dependerá da permeabilidade das rochas predominantes. Quando estes são sedimentos de grão fino, o vazamento provavelmente não será grande, mas quando rochas texturizadas abertas ou articuladas estiverem presentes, as perdas de infiltração serão consideráveis (deve-se tomar cuidado para assegurar que os lençóis freáticos não sejam confundidos com o lençol freático principal).

Assoreamento do reservatório:

Quando o reservatório estiver completo, os fluxos que fluem para o reservatório depositarão seus sedimentos ali. Quando a quantidade desses sedimentos é considerável, pode levar ao assoreamento do lago artificial em poucos anos. O tempo necessário para esse assoreamento dependerá do tipo de área de captação. Se houver uma boa cobertura de árvores, isso ajudará a reduzir o assoreamento.

Se o assoreamento progredir, a capacidade de armazenamento de água é reduzida, prejudicando a eficiência do reservatório. Em tais circunstâncias, deve haver alguma provisão para lavar o lodo através de algumas passagens na represa ou por qualquer meio alternativo.

Um monte de sedimentos é trazido em tempos de inundação. Em alguns locais, pode ser possível fornecer um by-pass para a água da enchente ao redor do reservatório. Alternativamente, as armadilhas de lodo podem ser fornecidas nos fluxos que alimentam o reservatório.

Fator # 3. Geologia do Local da Barragem:

Uma represa deve ter uma base segura. Para evitar a tomada de condições para concedido a natureza da geologia subsuperficial no site pode ser explorado por furos de julgamento e um mapa de grande escala (digamos 40 cm a um km) pode ser preparado.

Na maioria dos casos, uma barragem envolverá as escavações de uma vala, quer a estrutura da barragem seja de concreto, alvenaria ou terra, e uma parede central e as condições geológicas na zona da vala sejam totalmente conhecidas. Uma represa ideal, por toda a extensão de sua fundação, precisaria de uma rocha sólida e impermeável (de preferência em um tipo de rocha).

Tais condições na realidade não são realizadas. Possibilidade de percolação abaixo do local da barragem quando o reservatório está cheio e a posição do corpo de água represado em relação ao lençol freático são fatores merecedores de consideração. Sites alternativos devem ser investigados em seus próprios méritos.

Borings de teste:

Segurança e economia são as considerações gerais na escolha de um local para uma barragem. Um mapa geológico em larga escala da área onde a barragem será localizada, pode ser feito mostrando as principais estruturas incluindo falhas nas rochas. Informações adicionais podem ser obtidas em balizas. Uma perfuração rotativa pode dar um núcleo que serve como um registro das rochas passadas.

Furos de julgamento são feitos para explorar as condições da subsuperfície. Eixos de área crítica podem ser afundados para obter detalhes. Grandes orifícios de, digamos, 1, 2 m de diâmetro são feitos às vezes, o que permite uma inspeção direta das rochas e na exploração de cavernas de calcário em alguns locais. O espaçamento dos furos deve ser planejado adequadamente para fornecer ampla informação sobre as estruturas geológicas do local.

Este programa de extensa perfuração deve preferencialmente estar a cargo de um engenheiro com conhecimentos de geologia. Isto, sem dúvida, pode ser seguido por uma inspeção regular por um geólogo. No processo de perfuração, qualquer perda súbita de água na broca deve ser registrada, pois pode indicar a presença de algumas fissuras abertas.

Depósitos superficiais:

As rochas sobre as quais uma represa deve ser construída geralmente são cobertas por alguns depósitos superficiais como aluvião ou deriva. Tais materiais, juntamente com quaisquer rochas quebradas, devem ser removidos sobre a área da fundação, para que a barragem possa ser fundada com segurança em rochas sólidas.

A natureza da cobertura superficial que tem que ser cortada irá reger o método a ser adotado em sua escavação e, portanto, deve ser investigada a atenção especial sendo dada à porosidade e ao teor de água.

Em situações em que a vala da barragem é bastante profunda, é importante estimar o comportamento dos depósitos superficiais durante a construção, os suportes necessários para os lados da escavação e o volume do bombeamento no caso de o material suportar água. Areia e lodo correndo se encontrado em parte da vala de corte pode precisar do uso de ar comprimido na escavação e revestimentos cilíndricos de ferro fundido especiais nessa seção da vala.

Contornos da Superfície da Rocha:

O perfil da superfície da rocha sólida no local da barragem pode ser determinado por furos experimentais. Para este propósito, deve haver um número suficiente de perfurações que devem ser adequadamente espaçadas. (Fig. 18.14)

Com base nos dados do furo, um mapa de contorno da superfície enterrada pode ser feito. Em uma área coberta por deriva, uma vez que os depósitos glaciais são tão irregulares que podem existir muitas grandes cavidades topográficas e vales antigos também podem estar presentes na superfície sub-drift.

Se estes forem atingidos durante a construção não antecipada, haverá uma dificuldade considerável e gastos adicionais serão envolvidos, uma vez que a escavação deve estender-se através da deriva até a rocha sólida. O preenchimento nos vales enterrados mencionados acima pode ser areias glaciais ou cascalhos que transportam água ou argila de boulder.

O tipo dos depósitos também pode variar em uma distância curta. Às vezes, ao fazer os furos de ensaio através de argila de grande pedregulho, pedras muito grandes criam dificuldades e há chances de confundi-los como uma rocha maciça. Os buracos devem ser continuados por 6 m ou mais em tais situações para garantir que realmente o chão da rocha tenha sido alcançado.

Condições da Fundação:

Nesta posição, recai a consideração de problemas como a natureza e as condições (frescas ou deterioradas) das rochas sobre as quais a barragem deve ser fundada. As várias considerações são, a força da rocha que deve ser adequada para transportar a carga da barragem sem ser esmagada ou cisalhada, características estruturais como imersão de estratos, espaçamento de planos de acamamento, presença de dobras, falhas, juntas e zonas de esmagamento rocha e a permeabilidade das rochas e o tipo de circulação de água através dela.

Pequenas barragens podem ser construídas com sucesso sobre leitos de materiais fracos como argila, mas para represas grandes e pesadas, pedras duras como granito, arenito, gnaisse são geralmente selecionadas. Tais formações em que a camada de rocha dura e macia se alternam, não são preferidas uma vez que a penetração de água pode enfraquecer as camadas de rocha mais macias que conduzem ao movimento ao longo delas.

Formações de camadas alternadas de arenito e xisto também podem levar a escorregamentos, durante escavações de trincheiras. Diferentes rochas possuem diferentes resistências e até duas rochas com o mesmo nome podem ter graus de força bastante diferentes. Quando houver dúvida sobre a capacidade do material de suportar as cargas, é necessário testá-lo quanto à resistência ao esmagamento.

Para melhores condições, uma represa deve ser construída sobre uma formação uniforme. Se diferentes tipos de rochas estão presentes na formação, suas diferentes forças de sustentação podem levar a um desequilíbrio na estrutura.

A força da rocha, sua estrutura e permeabilidade são as propriedades importantes que governam sua adequação nas fundações. Do seu ponto de vista de adequação, as rochas podem ser divididas em cinco grupos principais, a saber, as rochas maciças e fortes, as rochas cavernosas, os sedimentos de cama fina, as rochas fracas e as rochas inconsolidadas.

Rochas maciças fortes: Os locais de represa, embasados por intrusivas ígneas frescas, granito, sienito, gabro e outras variedades são fortes o suficiente para suportar as cargas impostas a eles. O problema é determinar as possíveis vias de percolação excessiva.

As rochas podem conter zonas de estilhaçamento ou cisalhamento. As zonas estruturalmente fracas são marcadas por partes decompostas. Os sistemas de junção nos locais podem estar suficientemente abertos na superfície e exigir rejuntamento. As superfícies frescas destas rochas ligam-se bem ao betão e não necessitam de tratamento especial.

Este grupo de material de fundação também inclui fluxos maciços de lava maciça. A maioria dos fluxos de lava mostram juntas complexas. Portanto, pode ser necessário escavar e rejuntar uma porção que permita uma circulação muito pronta. Alguns fluxos de lava são escandalosos ou vesiculados. Se essas versiculas estiverem conectadas com matéria mineral, a rocha se tornará satisfatória.

Esta categoria de rochas fortes inclui também gnaisses, xistos, filitos, ardósias e quartzitos em estado fresco. Estas rochas têm grande força para suportar grandes cargas, mas é necessário determinar se existem ou não as zonas estruturais ao longo das quais ocorre a percolação excessiva.

Falhas e zonas de cisalhamento podem existir e fraturas de clivagem frequentemente localizadas em zonas finas podem precisar de atenção especial. As superfícies frescas dessas rochas também se ligam bem ao concreto sem precisar de nenhum tratamento especial, exceto a limpeza.

Conglomerados, brechas e arenitos também podem ser incluídos nesta categoria, sujeitos ao grau e caráter da cimentação. Nestas rochas os agentes cimentantes comuns são, calcita, sílica, óxido de ferro e clásticos finos. Se as rochas forem completamente cimentadas por quartzo, calcita ou outro cimento mineral ou por cimento clástico totalmente endurecido, elas terão boa capacidade de suportar cargas pesadas.

Quando as rochas são cimentadas com sedimentos clásticos finos, barro, lama deve-se tomar extremo cuidado para verificar se elas podem ou não amolecer em contato prolongado com a água sob pressão.

Se estas rochas são apenas parcialmente cimentadas com calcita sobre sílica, elas podem ter uma resistência adequada, mas podem não ser adequadas, uma vez que podem ser objetivamente permeáveis. Camadas ou camadas ásperas ou argilosas nessas rachaduras devem receber boa atenção, já que é provável que deslizamentos ocorram ao longo delas.

Rochas Cavernosas:

Dois tipos de rochas são altamente permeáveis devido à presença de aberturas cavernosas. Estas são rochas carbonáticas e lavas vesiculares ou escorizantes. Calcário, dolomitos e seus equivalentes metamórficos, os mármores são as únicas rochas comuns que são excessivamente dissolvidas pela água subterrânea. Estruturas cavernosas e canais de solução que permitem a fácil circulação de água estão presentes nessas rochas carbonáticas. Negligenciar a presença de tais aberturas nas rochas pode levar a danos altamente dispendiosos.

As lavas escocesas também estão incluídas nas rochas cavernosas, embora as aberturas cavernosas não sejam grandes, mas as rochas geralmente são altamente permeáveis. É necessário verificar os contatos superior e inferior dos fluxos de lava, uma vez que além das cavidades de vesiculação (comumente localizadas nas partes superiores dos fluxos), as cavidades irregulares nos contatos de dois fluxos no contato basal da lava são provavelmente presente.

Sedimentos de cama fina:

Na maioria dos lugares, as camadas sedimentares apresentam variações nas seções verticais. Os folhelhos, arenitos e calcários são freqüentemente encontrados intercalados em uma sucessão de camadas finas. A maioria dos leitos individuais pode ter espessuras de menos de 25 mm a alguns milímetros a mais. Cuidados devem ser tomados para determinar as características do leito particularmente sob imersão prolongada.

As camadas de textura grossa e calcário permitem que a água penetre. Embora possa haver força de sustentação suficiente, existe o temor de um possível deslizamento ao longo dos planos de acamamento ou nas juntas causado pelo empuxo da barragem. As possíveis faces de deslizamento são as camadas frouxas ou argilosas.

As rochas fracas:

Tufos vulcânicos e pedras de barro são classificados neste grupo. Tais rochas argilosas, com planos de separação espaçados e paralelos ao leito, são chamadas folhelhos. Estes são de dois tipos, os formados consolidados por compactação sob carga sem cimentação e os cimentados, que além da compactação também foram cimentados.

No estado seco as rochas consolidadas por compactação possuem boa resistência. No entanto, depois de imergir muitos deles perdem sua força. Os folhelhos cimentados têm uma maior resistência do que os folhelhos de compactação. Muitos são relativamente elásticos, mas são fracos em resistência ao cisalhamento.

Deve-se tomar precauções ao colocar o concreto nos xistos de compactação para impedir a secagem da superfície preparada. O mínimo de tempo possível deve ser permitido desde o momento da preparação até o momento de despejar o concreto.

Se isso não for feito, a camada superficial parcialmente seca é passível de se transformar em lama na base do concreto. No que diz respeito aos folhelhos cimentados, as suas superfícies não necessitam de qualquer preparação especial, exceto a remoção de material desgastado ou decomposto.

Rock não consolidado:

As barragens são frequentemente construídas em material não consolidado. O cascalho e a areia grossa têm boa resistência ao rolamento, embora sejam permeáveis. A maioria das planícies de inundação tem depósitos de lodo que são vagamente embalados e, portanto, a provisão pode ser suficiente para drenagem para evitar deformação plástica. A maioria dos xistos é compactável.

Se a água não puder escapar rapidamente no carregamento e na compactação, ela terá de suportar parte do estresse e, em tal ação, poderá afetar a estabilidade da fundação. Os sedimentos e areias finas da deposição do rio apresentam problemas difíceis nas fundações. As argilas são muito plásticas, constituindo fundações perigosas.

Em situações em que o material subjacente é altamente permeável, então estacas-pranchas ou outros dispositivos podem ser fornecidos juntamente com um avental impermeável fornecido a montante. Estes dispositivos têm o objetivo de aumentar a distância que a água deve passar através do material permeável sob a barragem com sua velocidade reduzida.

Percolação Abaixo da Represa:

A percolação sob uma barragem é uma fonte de vazamento do reservatório e também uma possível causa de pressão para cima na base da estrutura. A quantidade de percolação abaixo de uma represa é governada pela natureza permeável ou impermeável da rocha fundamental.

Onde as rochas de fundação são permeáveis, pode ser possível diminuir a percolação em grande extensão, aumentando o comprimento da trajetória da água de percolação, tanto quanto possível, minimizando assim o gradiente hidráulico entre as faces a montante e a jusante da barragem. Isto pode ser conseguido construindo ao longo do comprimento da fundação uma vala cortada, preenchida com material impermeável até uma profundidade projetada e situada próxima à face a montante da barragem.

Por esse arranjo, o caminho de percolação é desviado para baixo e aumentado em comprimento devido à barreira impermeável. A razão entre a profundidade da água no reservatório (na face a montante da barragem) e o comprimento da percolação é tomada em algum valor entre 1: 5 e 1:20, dependendo da natureza das rochas no local, um valor mais alto sendo usado para sedimentos de grão fino do que para grosseiros.

Outro método é fornecer uma estaca-prancha cortada ou uma zona vertical de rocha rebocada. O último método é útil no caso de rochas articuladas como granito. O cimento líquido é bombeado sob pressão para buracos perfurados na fundação.

Em situações em que uma barragem é construída sobre sedimentos porosos, um pátio de concreto horizontal pode ser construído estendendo-se por alguma distância a montante e a jusante da barragem. Este dispositivo também tem o efeito de aumentar o comprimento do caminho de percolação sob a estrutura.

Se as rochas abaixo tiverem juntas e planos de acamamento com aberturas, a água que entra neles exercerá uma pressão ascendente sobre a base da estrutura. Essa pressão pode ser aliviada ao se construir na base dos drenos da barragem que transportam a água para cima e para fora através da face a jusante. Os drenos são geralmente colocados perto da face da água e passagens de inspeção ao longo do comprimento da barragem podem ser fornecidas. Testes mostraram que a pressão de elevação é bastante reduzida por esse método.

Vertedouros e Prevenção de Scour:

É importante que uma provisão adequada seja feita para descarregar as águas das cheias, fornecendo vertedouros. A falta de tal provisão pode resultar em falha da barragem. A ação de limpeza das águas das cheias que passam pelo vertedouro de uma represa deve ser considerada pelo fornecimento de um pátio de concreto no dedo do pé. Isto é feito para evitar a remoção de rocha das paredes e pisos do vale a jusante devido a descarga pesada.