Este documento descreve os tipos principais de barragens, incluindo barragens de terra, concreto e enrocamento. Detalha os elementos-chave de cada tipo de barragem e fatores a serem considerados na seleção do tipo adequado para um local específico, como topografia, geologia e condições das fundações.

1. Unidade 05 - BARRAGENS DE TERRA E ENROCAMENTO
INTRODUÇÃO
5.1- Definição e objetivos
Barragem pode ser definida como sendo um elemento estrutural, construída
transversalmente à direção de escoamento de um curso d’água, destinada a criação de um
reservatório artificial de acumulação de água.
Os objetivos que regem a construção de uma barragem são vários e os
principais se resumem em :
a) aproveitamento hidrelétrico
b) regularização das vazões deo curso d’água para fins de navegação
c) abastecimento doméstico e industrial de água
d) controle de inundações
e) irrigação
Os objetivos acima citados poderão ser explorados individualmente ou em
conjunto. Se, por exemplo, uma baragem é implantada com a finalidade imediata de obtenção
de energia elétrica, outras atividades ditas secundárias poderam ser também desenvolvidas
correlatamente. Assim é que os aspectos como recreação, piscicultura, saneamento, etc., são
comumente desenvolvidos. Um exemplo característico pode ser a barragem de Barra Bonita
no Rio Tiête ( Estado de São Paulo ), cujos objetivos principais foram a obtenção de energia
elétrica ( potência de 122 000 kW ) e a regularização do rio para fins de navegação. O projeto
sugere também uma reserva de vazão média diária de 4m3
/seg.,para fins de irrigação de áreas
circunvizinhas. Posteriormente foi desenvolvido também o turismo, através da recreação em
certas áreas do reservatório, e se resume na prática dos esportes aquáticos, com a implantação
de clubes de campo e hotéis neste locais.
5.2 - Elementos de uma barragem
As definições expostas a seguir
tem a finalidade apenas de orientar e
alxiliar a compreenção da importância
da geologia, nos trabalhos de construção
de barragens.
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2. Outros elementos encontrados no conjunto de obras que compõem uma
barragem são:
a) ensecadeira - destinada a desviar as águas do leito do rio, total ou parcialmente,
com o objetivo de permitir o tratamento das fundações nessas áreas e, às vezes, nas áreas das
planícies de inundação, possibilitando a comstrução em seco dso diques de terras ou estrutura
de concreto. As ensecadeiras mais comuns são aquelas construídas com terras e blocos de
rocha. Em alguns casos, é necessária a utilização de chapas metálicas ou diafragmas
impermeáveis.
b) túneis de desvio - possuem a mesma finalidade das ensecadeiras, sendo porém,
construídos em cursos d’água com vales íngremes, e quando possível, nos locais onde existam
curvas. Em muitos casos, o túnel de desvio é usado posteiormente como túnel de adução, para
transportar as águas do reservatório para a casa das máquinas.
c) vertedouro - seu objetivo é
funcionar como um dispositvo de
segurança, quando a vazão do curso
d’água assumir valores que tornem a
estabilidade da baragem perigosa, ou
impedir que o nível máximo estabelecido
para a barragem cause prejuísos às
propiedades agrícolas ou industrias a
jusante da barragem. A capacidade do
vertor é calculada para permitir o
escoamento máximo ( enchente
catastrófica ), que poderia ocorrer na
secção da barragem.
d) tomada d’água - representa o conjunto de obras que permite a retirada, do
resevatório, da água a ser utilizada, seja para a obtenção de energia ou para outros fins. O tipo
de tomada d’água varia com o tipo de barragem. Assim, as barrragens de concreto, a tomada
d’água consiste geralmemte em um conduto que pode se desenvolver através do maciço da
barragem ou em sua proximidade, enquanto na barrragem de terra, aparece nas ombreiras do
resevatório.
5.3 Tipos de barragens
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3. As barragens podem ser classificadas em diferentes tipos, de acordo com o seu
objetivo, seu projeto hidráulico e os tipos de materiais empregados na sua construção. Com
relação a este aspecto, as barragens podem ser classificadas em:
1. Concreto
a) Gravidade
b) Arco
2. Terra
3. Enrocamento
VISTA DE UMA BARRAGEM DE TERRA EM QUE SÃO IDENTIFICADOS OS PRINCIPAIS
ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DENTRE ELES ESTRUTURAS DE CONCRETO
5.3.1 - Barragens de Concreto
Uma das mais antigas barragens de concreto foi construída no Egito, em torno
do ano 4.000 A.C., sendo a relação largura da base x altura estimada em 4:1. Hoje em dia, tem
sido possível a construção de barragens imensas, como a Hoover Dam nos Estados Unidos,
com 221 metros de altura, sendo a relação da largura da base para a altura, considerável, ou
seja, menos de 1:1.
- Barragens de Concreto - Gravidade
É o tipo de barragem mais resistente e de menor custo de manutenção. Este
tipo pode ser adaptado para todos os locais, mas a sua altura é limitada pela resistência das
fundações. Quando são constituídas de material de aluvião incoerente, a altura dessas
barragens tem sido limitada a 20m. No caso da fundação ser de rocha sã, porém situada a
considerável profundidade da superfície do terreno, é mais adequado e econômico construir-
se uma barragem de terra, porque a mesma não necessita repousar sobre fundação em rocha e
assim avita-se uma quantidade de escavação.
Comparadas com as barragens de terra ou de enrocamento, as de concreto tipo
gravidade são de maior custo.
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4. - Barragens de concreto - Arcos
São mais raras, uma vez que o comprimento dessas barragens deve ser pequeno
em relação à sua altura, o que exige a presença, nas encostas do vale, de material rochoso
adequado e de grande resistência, capaz de suportar os esforços a elas transmitidos. Essas
barragens são mais comuns na Europa, onde os vales são profundos e fechados.
A fotografia ilustra um
exemplo de barragem (de
concreto) com finalidade de
geração de energia elétrica
Local que aproveita a
ocorrência de um grande
desnível no curso do rio.
Abaixo da fotografia vê-
se o barramento de
concreto, ao centro o canal
que conduz água a dois
dutos forçados que chegam
a casa de força para a
produção de energia
5.3.2 - Barragens de Terra
Desde os tempos antigos, barragens de terra foram construídas com a
finalidade de armazenar água para irrigação, sendo algumas das estruturas de tamanho
considerável, como por exemplo, uma construída no Ceilão no ano 504 A.C., que possuía 17
quilômetros de comprimento, 21 metros de altura e contendo cerca de 15 milhões de metros
cúbicos de material. Antigamente todas as barragens de terra eram projetadas por métodos
empíricos e a literatura de engenharia está repleta de registros de ruptura e acidentes dessas
barragens. Somente a partir de 1.907, surgiram os primeiros procedimentos racionais para
projeto dessas obras. Atualmente tais procedimentos permitem a construção de barragens de
terra com mais de 150 m de altura. No Estado de São Paulo, a barragem de Xavantes no Rio
Paranapanema, atinge 90 m de altura.
As barragens de terra são as mais elementares obras de barragens e
normalmente se prestam para qualquer tipo de fundação, desde a rocha compacta, até terrenos
construídos de materiais incosolidados. Esses últimos, aliás, são seu campo típico de
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5. aplicação. Existe uma certa variabilidade no tipo de barragem de terra, que poderá ser
homogêneo ou zonado.
a) Homogêneo - é aquele composto de uma única espécie de material, excluindo-se a
proteção dos taludes. Nesse caso, o material necessita ser suficientemente impermeável, para
formar uma barreira adequada contra a água, e os taludes precisam ser relativamente suaves,
para uma estabilidade adequada.
b) Zonado - esse tipo é representado por um núcleo central impermeável, envolvido
por zonas de materiais consideravelmente mais permeáveis, zonas essas que suportam e
protegem o núcleo. As zonas permeáveis consistem de areia, cascalho ou fragmentos de
rocha, ou uma mistura desses materiais.
5.3.3 - Barragens de Enrocamento
Esse tipo de barragem é aquele em que são utilizados blocos de rocha de
tamanho variável e uma membrana impermeável na face de montante. O custo para a
produção de grandes quantidades de rocha, para a construção desse tipo de barragem, somente
é econômico em áreas onde o custo do concreto fosse elevado ou onde ocorresse escassez de
materiais terrosos e houvesse, ainda, excesso de rocha dura e resistente. Devemos lembrar que
a rocha de fundação adequada para uma barragem de enrocamento pode não ser aceitável para
uma de concreto.
A rocha que deve preencher a maior parte da barragem precisa ser inalterada
pelo intemperismo, não sendo facilmente desintegrada ou quebrada. Rochas que, quando
sujeitas à ação de explosivos, fragmentam-se facilmente em pedaços muito pequenos, com
elevada porcentagem de lascas e pó, são igualmente inadequadas. As rochas para essas
barragens, devendo ter resistência ao intemperismo físico e químico, gnaisse, diabásio, etc. Os
blocos de rocha são colocados de modo a se obter o maior contato entre suas superfícies e os
vazios entre elas, que são preenchidos por material de menor tamanho.
- Exemplo de Barragem de Terra construida
Um exemplo de Barragem de Terra associada a uma de enroncamento citamos:
A barragem de Passo Severino, situa-se na bacia hidrológica do rio Santa
Lucia, 70Km ao norte da cidade de Montevideo, Uruguai,. Destina-se a formar um
reservatório de acumulação de águas no rio Santa Lucia e mater uma vazão mínima regulada
em 8m3
/s, a jusante, onde está instalada a toma da de água para abastecimento da cidade de
Montevideo e municípios vizinhos.
A obra de barramento consta de uma estrutura vertedora em concreto, com
comprimento de 71,2m implantada no leito natural do rio, uma tomada d’água na sua
extremidade direita, dois maciços de solo e rocha compactados, sendo um de cada lado da
estrutura vertedora e uma estrutura complementar para extravasamento de grades enchentes
(Sangradouro), situada numa sela topográfica da margem direita. O comprimento total das
obras de barramento é de 2.300m e sua altura máxima é de 28m . A Figura 1 mostra a
localização geral da obra e as seções típicas de cada uma das estruturas componentes.
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6. Tópicos em Geotecnia e Obras de Terra - 2004 Prof. M. Marangon, D. Sc.
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SEÇÃO TÍPICA DO VERTEDOURO

7. LEGENDA
1- Argila
2- Saprolito
3- Areia
4a- Pedra Britada Fina
4b- Pedra Britada Grossa
5- Enrocamento (∅máx.= 0,60)
5a- Enrocamento Fino (∅máx=0,30)
6- Enrocamento Selecinado (Riprap)
5.4 - Seleção do Tipo de Barragem
A escolha do tipo mais adequado de barragem, para um determinado local de
um curso d’água, depende dos seguintes aspectos:
1) Segurança da Obra - ligada às características inerentes do próprio local: condições
geológicas, configuração do vale e dimensões da obra.
2) Custo da obra - em função do preço e disponibilidade do material. A ausência, por
exemplo, de rocha resistente do tipo granito,gnaisse, basalto ou diabásio, para ser usada como
agregado para concreto, “rip-rap” ou enrocamento, ou de cascalho, para os mesmos fins, pode
causar alterações profundas no custo da obra.
Além desse critérios, deve ser considerada uma série de fatores físicos que
governam a seleção do tipo de barragem.
A não ser em condições excepcionais, mesmo o mais experimentado projetista
é incapaz de dizer se um determinado tipo de barragem é adequado ou mais econômico para
um dado local. Na seleção do melhor tipo de barragem para um determinado local, devem ser
consideradas as características físicas do local, o objetivo da obra, fatores econômicos, de
segurança, etc. Normalmente, o maior fator individual que determina a escolha final é o custo
da construção. Os fatores físicos, expostos a seguir, são também importantes.
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8. 5.4.1 - Topografia
À primeira vista, a topografia determina as primeiras alternativas para o tipo de
barragem. É claro que, se o local estudado estiver localizado num vale estreito com paredes
rochasas, a sugestão será de uma barragem de concreto. É o caso da barragem do Funil, no
Rio Paraíba. Porém, em áreas de topografia aplainada e vales bastante abertos, indica-se
normalmente a barragem de terra. É o exemplo das barragens de Jupiá e Ilha Solteira, no Rio
Paraná ou de Promissão, no Rio Tietê. Existem, é claro, os casos intermediários.
5.4.2 - Geologia e Condições das Fundações
As condições das fundações dependem da espessura e características físicas,
químicas e minerológicas da rocha, que suportará o peso da barragem. Aquelas características
incluem a permeabilidade, a presença ou não de determinadas estruturas, como acamamento,
xistosidade, dobras, fraturas, etc. As condições estão diretamente ligadas com a altura da
barragem, isto é, as considerações diferem para uma barragem baixa e uma alta.
Normalmente, são encontradas as seguintes condições de fundações:
1) - Rocha Sã e Sólida - normalmente aceita qualquer tipo de barragem. Inclui, via de regra, a
escavação da camada superficial quando alterada (mesmo sendo rocha) e tratamento eventual
por injeção, para consolidação.
2) - Sedimentos (Aluviões) - incluem os cascalhos, areias, siltes e argilas. Os cascalhos estão
sujeitos à intensa percolação, os siltes e as areias ocasionam recalques e percolação, e as
argilas sofrem recalques, principalmente quando saturadas de água. Dependendo do tipo de
barragem, da sua altura e com aplicação de tratamentos adequados, qualquer desses materiais
poderá ser utilizado.
5.4.3 - Materiais de Construção
Os materiais necessários para a construção de uma barragem são vários e
devem estar localizados o mais próximo possível do local da barragem. Esses materiais são os
seguintes:
a) solos, para os diques de terra.
b) rocha, para do diques de enrocamento e proteção dos taludes.
c) agregado, para concreto, que inclui areia, cascalho natural e pedra britada.
d) areia, para filtros e concretos.
5.5 - Fases Gerais no Estudo de Barragens
A implantação de uma barragem em determinado curso d’água envolve sempre
uma sequencia natural de trabalho. Toda obra de vulto agrupa diferentes turmas
especializadas de técnicos, com a finalidade de seguirem, à medida do possível, os seguintes
ítens:
5.5.1 - Levantamento Topográfico
Analisa as características geográficas e topográficas do curso a ser estudado. A
função desse levantamento é a de preparar plantas topográficas que permitam verificar as
secções transversais mais favoráveis para uma barragem, calcular a área de inundação das
secções escolhidas e obter o perfil longitudinal do curso d’água.
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9. O método mais moderno para a obtenção de mapas topográficos é o uso da
aerofotogrametria, com o levantamento de mapas por meio de fotografias aéreas e de pontos
de controle altimétrico de campo.
5.5.2 - Dados Hidrológicos
Um grupo de técnicos especializados se encarrega de definir as características
hidrológicas da bacia hidrográfica do curso d’água estudado.
Trata da obtenção direta de valores de vazão através de leituras diárias, que
permitem calcular as vazões médias, diárias, mensais e anuais. Lembrando que a potência de
uma barragem é função da vazão do curso na secção da barragem e do seu desnível, pode-se
perceber a importância dos cálculos de vazão. Alguns exemplos típicos de vazões médias são
fornecidos pelo Rio Sapucaí Paulista que, no período de 1931 a 1962, apresentou nas suas
cabeceiras (São Joaquim da Barra), para uma bacia de 3.880 Km2
, uma vazão média de 67
m3
/seg. Na sua parte baixa (São Domingos), a bacia desse rio abrange uma área de 6.070
Km2
, e a vazão passa para 100 m3
/seg.
O Rio Pardo, messe mesmo período (1931 - 1962), apresentou vazão média nas
cabeceiras (São José do Rio Pardo) de 83 m3
por segundo, para uma bacia de 3.850 Km2
. Na
parte média (portanto, sem receber ainda seu afluente Mogi-Guaçu) e nas proximidades de
Ribeirão Preto, para uma bacia de 10.500 Km2
, a vazão é 161 m3
/seg, e na sua parte baixa
(São Bartolomeu, Viradouro), a vazão passa a 420 m3
/seg.
No Rio Tietê, para o qual uma série de aproveitamentos hidrelétricos estão
sendo desenvolvidos, podemos considerar como vazões média as seguintes:
5.5.3 - Mapeamento e Estudo Geológico
Este assunto já foi visto na unidade 01 deste curso de “Tópicos em Geotecnia e
Obras de Terra” quando estudamos conceitos de Geologia Aplicada à Engenharia.
Os trabalhos de geologia, realizados numa área onde se pretente implantar uma
barragem, se apóiam no desenvolvimento de ítens fundamentais:
1) - Mapemamento geológico da área
2) - Estudo da rocha de fundação
3) - Estudo dos materiais de construção
Para o esclarecimento desses três ítens, é normal a separação dos trabalhos
geológicos em duas etapas distintas, que se resumem nos trabalhos preliminares e nos de
detalhe. No primeiro caso, os trabalhos são de caráter apenas estimativo, uma vez que a
geologia da área, o tipo da rocha de fundação e os materiais de construção disponíveis são
determinados com a finalidade de reconhecimento apenas. Os dados colhidos nos trabalhos
preliminares, e no caso dos mesmos serem favoráveis para a localização de uma barragem,
irão servir apenas de base para os trabalhos de detalhe.
5.5.4 - Planejamento
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10. As informações obtidas nos ítens anteriores pelo levantamento topográfico
(perfil longitudinal do rio, secção transversal, área a ser inundada), pela hidrologia (vazão do
curso nas alternativas propostas), pelo mapeamento geológico (mapa dos tipos de rochas e
solos existentes na área, tipo da rocha de fundação, estudo dos materiais de construção, etc.),
irão permitir aos projetistas do setor de planejamento escolherem o tipo de barragem mais
adequado e suas dimensões.
5.5.5 - Orçamento
Este grupo analisa posteriormente os projetos propostos pelo grupo de
planejamento. Estimando a quantidade e respectivo preço dos materiais de construção a serem
utilizados na obra, as escavações de terra e rocha a serem utilizadas, as indenizações das
propriedades e terras a serem inundadas, etc., é possível calcular-se o preço do kw a ser
obtido e em função do seu valor, escolher e aprovar, ou não, os projetos sugeridos.
5.6 - Exemplo de Barragens Brasileiras
Em seguida, são dados alguns exemplos de situações geológicas e
características de algumas barragens brasileiras.
a) Barragem de Barra Bonita, no Rio Tietê, Estado de São Paulo
É uma barragem de concreto, com uma potência de 132 MW.
Sua altura máxima é de 24 m, sua extensão de 483 m e o volume de concreto
foi de 200.000 m3
.
A geologia local é constituída por derrames de basalto, aparecendo o tipo
maciço e o vesicular. Entre eles, apareceram camadas de arenito.
O fraturamento dos basaltos exigiu trabalhos intensos de injeção nas
fundações.
O desenho a seguir esquematiza a barragem e a geologia local.
RRAGEM DE CAPIVARA, RIO PARANAPANEMA. ESTADO DE SÃO PAULO - EM DERRAMES DE
BASALTO
b) Barragem de Jaguará, no Rio Grande, na divisa dos Estados de São Paulo e Minas
Gerais
Geologicamente, a barragem está localizada em quartzitos putos silicificados,
com camadas de xistos intercaladas.
A barragem apresentou interessante problema geológico. Dada a grande vazão
do rio, foram executadas, na fase preliminar, somente duas sondagens no seu leito. Na fase de
detalhe, as sondagens confirmaram a presença de uma camada de xisto decomposto de
pequena resistência. Esse fato exigiu o deslocamento das estruturas de concreto para 50 m a
jusante; a fim de reduzir os custos de escavação da rocha decomposta.
Nas margens do rio, a decomposição da rocha varia de 10 m a 15 m. No leito
do rio, a rocha está bastante fraturada.
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11. A camada decomposta no local das estruturas citadas mergulhava cerca de 150
em direção à margem esquerda.
O esquema a seguir resume a posição da camada em relação às condições
geológicas.
A camada de xisto não oferecia condições de fundação para as estruturas de
concreto. Porém, a sua remoção total e a do quartzito subjacente exigiram um volume extra de
escavação e concreto.
A solução foi deslocar o eixo da barragem em 50 m na área da tomada d’água e
da casa de força.
Conclusões: o exemplo descrito mostrou os seguintes aspectos importantes
para qualquer estudo geológico de barragens:
1. o número insuficiente de sondagens na fase preliminar.
2. a importância do estudo geológico e, no caso; de se encontrar rocha desfavorável no local
de fundação.
3. o grau de fraturamento excessivo da rocha exigiu grandes trabalhos de injeções.
c) Barragem de Sobragi, no Rio Paraibuna, próximo à Juiz de Fora - MG.
A usina hidroelétrica de Sobragi, está localizada no Rio Paraibuna, entre os
municípios de Belmiro Braga e Simão Pereira, próximo a Juiz de Fora.
Este empreendimento, iniciado em março de 1996, pela empresa de Engenharia
Paranapanema para a Companhia Paraibuna de Metais - CPM - e tem como objetivo a
geração de Energia Elétrica no sentido de diminuir os insumos (custos) da empresa na
fabricação de seus produtos.
Exemplo de Usina em que há aproveitamento de grande desnível entre dois
pontos próximos, sendo executado um túnel ( escavado ) de adução sob a encosta natural
(terreno). Barragens foram também necessárias no caso para fechamento próximo a tomada
d’água e no de fechamento de 8,7m de altura na casa de força.
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12. 12

13. 13

14. 14

15. 5.7 - Dimensionamento de taludes de uma Barragem de Terra
Análise de Estabilidade
O projeto do maciço compactado de uma barragem é principalmente
controlado pelas características dos materiais de contrução disponíveis, pela natureza das
fundações, pelos métodos construtivos especificados e pelo grau de controle de construção
previsto.Pelas considerações relativas aos custos dos materiais de contrução, há um máximo
interesse de se utilizar os solos disponíveis nas proximidades imediatas do local de
implantação da barragem; em função da qualidade e das propriedades destes solos no estado
compactado, deve-se dimensionar as declividades dos taludes em termos econômicos e
seguros, o que reverterá em benefícios substâncias, principalmente quando se trata de
barragem de grande altura; para atingir tais objeivos, será necesssário programar
cuidadosamente análises de estabailidade adequadas, as quais exigem estudos prévios
detalhados bem como a fixação de critérios de projeto compatíveis com as caracteristicas da
obra.
Em termos gerais, pode-se afirmar que é possível contruir uma barragem de
terra sobre quase todos os tipos de fundações; desde que ela sejam adequadamente
investigadas e desde que o projeto se adapte convenientemente às condições relevadas. De
acordo com o tipo de fundação existente, os estudos de estabilidade dos taludes de uma
barragem podem ser divididas em três grupos, de acodo com as características predominantes
dos materiais presentes do maciço de fundação:
10
grupo: fundações em rochas, as quais não apresentam, em geral, probemas graves.
20
grupo: fundações em solos permeáveis ( solos arenosos ou com pedregulhos ): nesse caso,
deve-se considerar dois aspectos principais : quantidasde de água perdida por percolação e
grandeza das forças de percolação; esse último aspecto assume especial importância nos casos
de fundações contituídas por areias limpas e saturadas ( geralmente finas e uniformes ) de
baixa compacidade.
30
grupo : fundações em solos impermeáveis ( solos essencialmente argilosos ), onde os
principais problemas são associdos à estabilidade contra a ruptura por cisalhamento e aos
assentamentos excessivos.
15

16. Os solos empregados na construção de uma barragem de terra e enrocamento
podem ser classificados em duas grandes categorias :
* os materiais permeáveis ( areias e cascalhos ), caracterizados por uma resistência ao
cisalhamento elevada;
* os materias pouco permeáveis ( argilas, areis e siltes argilosos ), caracterizados por
uma resistência ao cisalhamento mais fraca.
No caso de se dispor, nas proximidades imediatas da obra, de quantidades
importantes de materiais pouco permeáveis e de pequeno volume de materias permeáveis, a
solução recomendável é de se projetar uma barragem homôgenia utilizando os materias
pouco permeáveis. Ao contrário, se a proporção desses dois tipos de materiais é invertida,
deve-se adotar uma solução de barragem com “ núcleo impermeável ”, o núcleo sendo
contruido com materiais pouco permeáveis e os espaldares com materiais permeáveis. No
caso dos espaldares serem contituidos por materias de permeabilidades sensivelmente
diferentes, os materias deverão ser distribuidos de forma que os menos permeáveis sejam
posicionados junto ao núcleo da barragem ( barragens “zoneadas”); nas barragens com núcleo
e nas barragens zoneadas, os espaldares extenos têm uma função estabilizadora enquanto
compete ao núcleo o papel de elemento ipermeabilizador.
Numa barragem de seção homogênia , a linha freática tem a tendência de
emergir no talude de jusante, o que exige colocação de material permeável, judiciosamente
posicionadas.
Nas barragens com núcleo impermeável, a espessura do núcleo dependerá da
quantidade de materiais argilosos disponíveis, das suas características geotécnicas, de seus
índices físicos naturais ( teor de umidasde ) e do condicionamento climático ( índice
pluviométrico anual e distribuição das chuvas ao longo do ano ). A posição do núcleo (
vertical ou inclinada ) dependerá das resistências relativas dos materiais permeáveis e
impermeáveis: para uma mesma declividade do talude de montante, um núcleo construido
com materiais pouco permeáveis cuja a resistência for ligeiramente menor que a dos materiais
do contranúcleos, poderá ser mais inclinado ( mais deitado ) que um núcleo construído com
materiais muito argilosos cuja a resistência for sensivelmente menor que as dos materiais dos
contranúcleos, esta posição dependerá também das caracteísticas de compressibilidade da
fundação do núcleo e dos espaldares.
A programação dos estudos de estabilidade exige obedecer a uma sequência de
atividades cuja impôrtancia individual não pode ser desprezada, lembrando-se que os projetos
teoricamente bem elaborados e apoiados sobre análises de estabilidade detalhadas causaram
sérios problemas por omitir ou subestimar determinados aspectos importantes.
Consequentemente, deve-se escolher criteriosamente:
- as condições de carregamento a analisar
- as seções mais críticas, ( essa escolha exigirá a elaboração prévia de
seções geotecnicas longitudinal e transversáis ).
- os parâmetros de resistência
- os métodos de análises
- os fatores de segurança mínimos
5.8 - Condições de Carregamento
16

17. Durante e após a construção de uma barragem, e durante e após o primeiro
enchimento do reservatório, ema barragem, de terra é submetida a um conjunto de
solicitações que variam com o tempo, sendo portanto necessário verificar, se os fatores de
segurança correspondentes à ruptura por cisalhamento são compatíveis com os valores
prefixados. Em linhas gerais, as situações críticas a considerar são as seguintes.
1o
) - fim de construção:
durante a construção de uma barragem de terra, à medida que as
camadas vão sendo colocadas e compactadas, a pressão total num determinado nível vai
aumentando, sendo que este aumento provoca simultaneamente pressões intersticiais, devido
à compressibilidade do maciçoc e ao seu baixo coeficiente de permeabilidade. Assim os
esforços solicitantes provém, para uma determinada declividade do talude, do peso das terras
e das consequentes pressões neutras induzidas, as quais são uma função do tipo de solo, do
teor de umidade dos solos colocados e do rítmo construtivo.
2o
) - fluxo em regime permanente com o reservatório cheio:
durante o primeiro enchimento com o reservatório, estabelecem-
se fluxos de percolação, constituindo-se progressivamente uma rede de fluxo permanente.
Uma vez que a água percola de montante para jusante, a pressão de percolação é favorável à
estabilidade do talude de montante e desfavorável à do talude de jusante. esta condição de
solicitações é também denominada “a longo prazo”.
3o
) - esvaziamento rápido do reservatório:
a um rebaixamento rápido do nível do reservatório, corresponde
uma situação crítica para o maciço de montante da barragem.
4o
) - solicitações dinâmicas:
provocadas por sismos, este tipo de situação é rotineiramente
considerado em regiões sísmicas; nestes últimos anos, tem sido recomendado como
indispensável verificar sob tais solicitações, mesmo em zonas historicamente assísmicas em
virtude da possibilidade de ocorrência de sísmos induzidos pelo enchimento do reservatório
da própria barragem.
As características geométricas externas de uma barragem de terra são
geralmente determinadas pelo seu desempenho correspondente ao fim de construção e ao
rebaixamento rápido do reservatório:
— o talude de jusante é dimensionado levando em consideração as pressões neutras
que pode3m se desenvolver no maciço até o fim de sua construção.
— o talude de montante é dimensionado levando em consideração as condições
criadas pelo rebaixamento instantâneo do reservatório.
Entretanto, no casos de maciços construídos com materiais muito pouco a
pouco argilosos compactados do lado seco com relação à umidade ótima do ensaio de
compactação, pode se tornar necessário modificar a declividade obtida para o talude de
jusante e/ou melhorar a capacidade drenante do sistema de drenagem interna, a fim de
garantir a estabilidade da obra para as condições de operação normal (longo prazo).
5.8.1 - Escolha das seções a serem analisadas
17

18. A escolha judiciosas das seções transversais críticas cujas condições de
equilíbrio devem ser verificadas, pressupõe o profundo conhecimento prévio do
condicionamento geotécnico dos meciços de fundações e ombreiras. Torna-se portanto
necessário elaborar o perfil longitudianal pelo eixo da barragem, o que constitui um subsídio
substancial para os estudos de projeto. A montagem deste perfil ajuda também a programação
das investigações geotécnicas necessárias, já que, ao elaborar tal perfil, serão identificadas as
zonas pobres em resultados de investigações, subsidiando assim a equipe de projeto na
programação dinâmica e objetiva dos estudos e investigações de campo e laboratório
necessárias à obtenção dos parâmetros condicionantes do projeto.
As informações necessárias à montagem do modelo geotécnico da fundação da
barragem a ser utilizado para as verificações de estabilidade dos taludes devem abranger
todos os dados atinentes às principais condições de solicitações, isto é, fim de construção,
fluxo em regime permanente e rebaixamento rápido do reservatório. Ressalta-se que a
necessidade e/ou a importância de certos dados só aparecem após a conclusão das primeiras
análises de estabilidade, já que estas análises indicam quais são os parâmetros que devem ser
determinados com maior precisão e com maiores detalhes, por terem maior peso nos
resultados destas análises. Em contrapartida, os estudos esclarecerão também quais são os
parâmetros que pouco condicionam o estado de equilíbrio, pelo fato da adoção de valores
conservativos dos referidos parâmetros resultar em fatores de segurança aceitáveis.
Da mesma forma, a seleção das seções transversais críticas a serem analisadas
obedecerá p processo iterativo, uma vez que os resultados das análises de estabilidade
preliminares realimentarão o processo de identificação das seções mais críticas. Desde já,
cabe salientar que a experiência e o bom senso representam trunfos de grande peso na
preseleção das seções críticas de uma barragem, evitando-se perdas de tempo e gastos inúteis
no estudo de seções pouco perigosas. Lembra-se também que quanto mais complexo o
condicionamento geotécnico das fundações, maior será o número de seções e situações a
serem analisadas.
Basicamente, o processo de escolha das seções críticas exige a consideração de
vários fatores condicionantes tais como a altura da barragem, as características de resistência
dos solos de fundação, a espessura das comadas de fundação, a permeabilidade relativa das
mesmas, etc...
5.8.2 - Escolha dos parâmetros de resistência ao cisalhamento
Um dos aspectos mais importantes envolvido nas análises de estabilidade, e
provavelmente, um dos mais complexos, é a seleção dos valores dos parâmetros de resistência
ao cisalhamento. Antes de se proceder à análise deste problema, o qual deve ser estudado
separadamente para cada tipo de solicitações, cabe abrir uma curta parêntese geral sobre as
análises em termos das tensões totais e das tensões efetivas. Antigamente, quando os recursos
tecnológicos não permitiam a medição das pressões neutrtas, quer no campo quer no
laboratório, utilizavam-se apenas as análises em termos das tensões totais. Com o progresso
da tecnologia laboratorial e instrumental, tornou-se gradativamente possível medir as pressões
neutras em corpos de prova ensaiados em laboratório, bem como pressões neutras reais
desenvolvidas dentro de maciços compactados. Tais avanços permitiram utilizar métodos de
análises de estabilidade em termos das tensões efetivas, o que não quer dizer que os métodos
em termos das tensões totais foram abandonados, havendo casos em que estes métodos são
ainda considerados como mais confiáveis e mais recomendáveis.
- Análise por tensões totais
18

19. A análise em termos das pressões totais admite que as pressões neutras de
cisalhamento estão levadas implicitamente em consideração no ensaio de determinação da
resistência ao cisalhamento, considerando-se portanto que as condições de carregamento no
campo estão simuladas no ensaio (condições de drenagem, trajetórias de tensões, etc...). O
ensaio usualmente utilizado é o de compressão triaxial. Cabe frisar que o efeito das condições
de carregamento sobre a resistência não drenada, é singnificativo, o que induz grande
variabilidade nos resultados dos ensaios, principalmente para solos parcialmente saturados.
- Análise por tensões efetivas
Nas análises em termos das tensões efetivas, parte-se das hipóteses que a
resistência efetiva dos solos é conhecida e que pode prever as pressões intersticiais.
A primeira hipótese só é válida parcialmente, dependendo da origem das
pressões neutras consideradas.
10
as pressões neutras de percolação podem ser facilmente determinadas através do
traçado de redes de percolação.
20
as pressões neutras de adensamento também podem ser determinadas através de
ensaios de laboratório cujos resultados são facilmente transportáveis nas análises.
3o
as pressões neutras de cisalhamento cuja transposição dos valores obtidos de
ensaios laboratoriais para as análises de estabilidade é mais complexa, já que estas pressões
neutras estão relacionadas aos valores das variações das tensões.
Observa-se portanto que as análises de estabilidade em termos das tensões
efetivas se baseiam sobre hipótese aceitáveis a não ser a referente à avaliação das pressões
neutras de cisalhamento que exige hipóteses simplificadores. Uma grande vantagem do uso de
análises em função das tensões efetivas é associada ao fato do que a resistência efetiva dos
solos pode ser determinada com bôa precisão e que as pressões neutras construtivas dentro do
maciço podem ser medidas, conseguindo-se assim verificar as hipóteses de projeto.
5.9 - Fatores de segurnaça
Os fatores de segurança a serem introduzidos nas análises de estabilidade de
taludes de barragens devem cobrir as incertezas relacionadas com:
- as resistências dos diversos horizontes dos solos de fundações e ombreiras e
das diversas zonas dos solos compactados do maciço da barragem, levando-se em
consideração todos os fatores que influenciam estas resistências tais como representatividade
e qualidade das amostragens, duplicação do carregamento de campo, anistropia, erros de
ensaios, etc.
— as pressões neutras construtivas.
— a distribuição das pressões intersticiais de rede de fluxo permanente.
— a grandeza e a distribuição das subpressões nas fundações
— a eficiência de sistemas de vedação.
— a eficiência de sistemas de alívio de subpressões.
— as vazões de percolação.
— a eficiência do sistema de drenagem interna.
— as imprecisões dos métodos de cálculo.
— as eventuais falhas construtivas.
19

20. — a configuração geométrica dos taludes internos e externos e dos materiais.
O quadro abaixo reproduz as recomendações do “Corps of Engineers” para os
diversos tipos de solicitações impostos a uma barragem:
Tipo de
Solicitação
Fator de
Segurança
mínimo
Envoltória de
Resistência
Observações
Fim de construção 1,3(2)
Q ou S(3)
Taludes de montante e jusante
Rebaixamento rápido a partir do
N.A. máx.normal
1,0(4)
R, S Talude de montante (usar
envoltória composta).
Reservatório parcialmente cheio
com fluxo permanente.
1,5 (R+S)/2 para
R<S e S para
R>S
Talude de montante (usar
envoltória intermediária)
Reservatório cheio com fluxo
permanente.
1,5 (R+S)/2 para
R<S e S para
R>S
Talude de jusante (usar envoltória
intermediária)
Sismos (5) 1,0 (6) Taludes de montante e jusante
Notas: (1) esses valores não são aplicáveis ao caso de maciços apoiados sobre fundações de
argilito; neste caso, deverão ser adotados fatores de segurança maiores.
(2) para barragens de mais de 15 m de altura apoiadas sobre fundação relativamente
fraca, adotar F.S. mínimo igual a 1,4.
(3) nas zonas onde são previstas pressões neutras elevadas, utilizar a envoltória S.
(4) o fator de segurnaça não deverá ser menor que 1,5 quando as análises de
estabilidade utilizam a velocidade de rebaixamento e as pressões neutras obtidas
a partir de redes de fluxo.
(5) as verificações de estabilidade sob a ação de sísmos são realizadas para os casos
de fim de construção e de fluxo permanente.
(6) as envoltórias a serem utilizadas são aquelas correspondentes aos casos
analisados sem sismos.
Tendo em vista que um deslizamento eventual durante o período construtivo
não causa danos substanciais (perdas materiais e de vidas humanas) quando comparados com
os danos que seriam provocados pela ruptura de uma barragem com o reservatório cheio, que
as pressões neutras introduzidas nos cálculos de estabilidade são geralmente maiores que as
pressões neutras reais, e que é possível de se medir as pressões neutras construtivas pela
instalação de piezômetros bem posicionados, é justificável a adoção de fator de segurança
mínimo mais baixo para este tipo de condição. No que diz respeito aos valores propostos pelo
“Corps of Engineers” (FS = 1,3 a 1,4), recomendam-se alguns cuidados ao se adotar tais
valores; considera-se imprescindível fixar o valor mínimo do fator de segurança em cada
projeto específico em função da peculiaridade do mesmo, de acordo com o grau de
conservatismo na fixação das hipóteses de projeto, o grau de confiança dos resultados das
investigações de campo e dos ensaios de laboratório, o método de análise adotado, etc...
As mesmas considerações se aplicam à condição do reservatório cheio,
aconselhando-se entretanto maior prudência neste caso tendo em vista as gravíssimas
consequências que seriam causadas por um desempenho insatisfatório ou por uma ruptura.
Acredita-se que um fator de segurança mínimo de 1,5 é aceitável uma vez que
este valor já tem sido adotado em inúmeras barragens em operação no Brasil e no Exterior,
apesar das diversas modalidades utilizadas para a determinação da resistência ao cisalhamento
20

21. dos solos, a previsão das pressões intersticiais e as análises de estabilidade. De qualquer
maneira, convem pensar no início do projeto a respeito deste assunto, analizando-se
cuidadosamente os tipos de materiais que serão utilizados na construção da barragem e o tipo
de fundação em que a barragem será apoiada.
Por exemplo, se a barragem será construída sobre uma fundação rochosa
extremamente resistente, usando-se materiais permeáveis compactados (cascalho arenoso ou
enrocamento de rocha sã) e um núcleo impermeável delgado inclinado, é praticamente
evidente que não há risco de ruptura do talude de jusante nas condições “a longo prazo”,
mesmo se o fator de segurança calculado parece ser relativamente baixo. Pelo contrário, se a
barragem será construída com solos essencialmente argilosos sobre uma fundação construída
por solos altamente plásticos, a obtenção de um valor mínimo de 1,50 para o fator de
segurança deverá exigir cuidados especiais adicionais a fim de avaliar se os parâmetros de
resistência ao cisalhamento utilizados e as pressões intersticiais determinadas são
suficientemente dignos de confiança.
5.10 - Exemplo de análise de estabilidade
São apresentadas como exemplo algumas seções que foram analizadas quanto as suas
condições de estabilidade e a possibilidade de alteamento do dique (barragem - pequeno
tamanho).
A seção topográfica estudada apresenta os resultados de SPT obtidos em uma
prospecção geotécnica realizada para se caracterizar o sub-solo do local.
Seção Topográfica 12 - Trecho da análise A
21

22. Seção analizada: Talude à Juzante do reservatório
Condição do NA na cota atual do reservatório.
Fator de segurança de 1,439.
Seção analizada: Talude à Montante do reservatório
Condição do NA na cota atual do reservatório.
Fator de segurança de 3,343.
22

23. Seção analizada: Talude à Juzante do reservatório
Condição do NA na cota da base do dique do reservatório.
Fator de segurança de 3,343.
5.11 - Construção do Maciço nos Trechos de Contacto entre Materiais Diferentes
Durante a construção de maciços de barragens são requeridos serviços
especiais, indispensáveis para a garantia do perfeito funcionamento de alguns dispositivos dos
quais eles são dotados. Entre esses serviços destacam-se os relativos à contrução de filtros,
transições, rip-rap, membranas de concreto, etc.
5.11.1 - Filtros
O sistema de drenagem interna de uma barragem de terra é geralmente
constituído de um tapete drenante e um filtro em chaminé.
Os tapetes drenantes, geralmente ficam apoiados sobre a superfície de
fundação e são constituidos de camadas múltiplas de materiais, com elevada permeabilidade,
para permitr o escoamento das águas drenadas através da fundação e do maciço de barragem.
Quando a superfície da fundação é horizontal, ou pouco enclinada, o tapete é construído em
camadas e compactado por meio de rolos vibratórios ou tratores de esteira, imediatamente
após intensa irrigação. Quando a fundação é mais inclinada ( ombreira ) a construção do
tapete é conduzida juntamente com o aterro, em pequenos lances, sendo a sua compactação
feita por meio de rolo pneumático ou placa vibratória.
Os filtros em chaminé podem ser verticais ou inclinados e geralmente são
constituídos de um único material, na maioria das barragens, de areia natural. Sua espessura é
da ondem de 1 metro, geralmente estabelecida em função da mínima dimensão requerida para
a sua construção. Pode ser construído em camadas finas, de espessura igual a uma ou duas
vezes a espessura do aterro, lançadas antes e compactadas juntamente com as camadas deste,
através do rolo vibratório ou pneumático; ou pode ser contruído após o aterro ter atingido
uma certa espessura ( 1 a 2 metros ) , por escavação deste e substituição por material de filtro,
23

24. sendo compactado em camadas por meio de placa vibratória ( figura 6 ). No primeiro caso o
consumo do material de filtro é maior, pois a geometria final do filtro construído fica
constituída de seções trapezoidais superpostas, de altura igual à espessura da camada e a
largura no topo igual à dimensão mínima do projeto. Para a construção dessas camadas são
utilizados equipamentos, que preenchidos por material de filtro e puxados por um trator fazem
o lançamento da camada com espessura e largura desejada. No segundo caso, quando o filtro
é inclinado, também há necessidade de maior consumo de material, para se observar a
dimensão mínima do projeto. Quanto maior a espessura do aterro escavado para substituição,
maior o excesso de consumo de material de filtro.
5.11.2 - Transições
As transições entre enrocamento e aterros são construídas com técnicas
semelhantes às utilizadas na execussão dos filtros em chaminé, em camadas concomitantes,
apoiadas sobre a face do aterro ou do enrocamento. Junto as transições é importante que o
enrocamento contenha certo teor de pedras miúdas e finos, e que seja empalhado com a
lâmina do trator movimentando-se no sentido em que se afasta da transição, conduzindo as
pedras maiores para longe desta. Os materiais de transição são compactados com rolos
pneumáticos ou vibratórios, tomando-se cuidado especial para que o aterro adjacente à
transição não fique sem compactação.
5.11.3 - Rip - rap
Os projetos de rip-rap prevêem a inclusão de uma ou mais camadas de
transição entre as pedras e o aterro. As camadas de transição do rip-rap são lançadas depois de
uma certa espessura de aterro. Toda terra solta sobre a face do talude é raspada por um trator
de lâmina e espalhada na superfície do aterro. A seguir são lançadas as camadas de transição
do rip-rap. Quando se dispõe de enrocamento bem graduado pode-se construir o rip- rap sem
as camadas de transição, adotando-se uma técnica de espalhar o enrocamento de cima para
baixo, com a lâmina do trator abaixada, que vai gradativamente sendo levantada, a medida
que o tratror vai descendo pela superfície da latitude. Assim, consegue-se fazer com que o
material mais fino fique em contato com o aterro, que servirá de transição para as pedras
grandes a serem lançadas no próximo lance de construção do rip-rap. Na Barragem de Água
Vermelha foi utilizado este processo, sendo o rip-rap construídos em lances de cerca 3 a 4
metros de altura, aproveitando-se a ocorrência de material adequado na pedreira, constituído
de pedras miúdas, provenientes de uma camada de basalto denso e colunar, bastante fraturado,
sobreposta de um derrame de basalto vesicular são, que dava origem as pedras graúdas.
a) Filtro de chaminé - construído concomitantemente com o aterro
24

25. b) Filtro em chaminé - construído por escavação do aterro
Figura 1 - Métodos Construtivos de Filtro em Chaminé
5.11.4 - Contacto entre o aterro e as estruturas de concreto
Para a compactação do aterro junto às superfícies de concreto são geralmente
utilizados soquetes manuais. Quando essas superfícies são contínuas pode-se executar a
compactação por meio de rolos pneumáticos, fazendo-se com que os pneus passem o mais
próximo possível do concreto, com o rolo movimentando-se paralelamente à linha de
contacto.
Constitui boa prática de projeto prever uma ligeira inclinação da superfície do
concreto, por exemplo 1 : 10 ( H : V ) , o que facilita a compactação do contacto, além de
minimizar problemas de deslocamento do aterro, que seriam provocados por deformações
oriundas do recalque da maciço.
5.11.5 - Construção de membranas de concreto na face de montante do enrocamento
Nos últimos dez anos observou-se um grande progresso nos projetos de
barragem de enrocamento com face de concreto, com acréscimo do uso desse tipo de
barramento, que também passou a ser adotado nas barragens com altura superior a 100
metros. Essa difusão ocorreu graças ao desenvolvimento das técnicas de construção de
enrocamentos conpactados, das trincheiras de vedação e dos dispositivos de
impermeabilização das juntas de lajes. A barragem de Foz do Areia, da COPEL, recentemente
concluída no Rio Iguaçu é um exemplo dos mais importantes desse tipo de obra.
Para minimizar os problemas de recalques, o enrocamento na zona
sobrejacente à laje de concreto é construído com rocha sã, lançada e compactada em camadas
de pequena espessura. Entre o enrocamento e a laje são constituídas camadas de transição, de
granulometria adequada, que são compactadas por meio de rolos vibratórios, movimentando-
se sobre os taludes por meio de um sistema de cabos e guinchos.
A laje de concreto, com cerca de 30 cm no topo e espessura crescendo na
ordem de 0,3 % com a profundidade, é constituída em painéis, com formas deslizantes,
preferencialmente sem juntas horizontais. A junta que merece maiores atenções é a situada
próximo às ombreiras ( junta perimetral ) , onde são introduzidos vedajuntas duplos e
enchimentos especiais, onde os recalques diferenciais são mais acentuados. Na figura 2 é
apresentada uma seção típica da Barragem de Foz do Areia com indicação dos materiais
utilizados e na figura 3 um detalhe da junta perimetral adotada na construção dessa
barragem.
25

26. Seção típica da barragem
TABELA DE
MATERIAIS
MATERIAL CLASSIFICAÇÃO ZONA MÉTODO DE
COLOCAÇÃO
DADOS DE
COMPACTAÇÃO
I A LANÇADO
BASALTO
MACIÇO
(ATÉ 25% DE
I B
COMPACTADO EM
CAMADAS DE 0,80m
ROLO VIBRATÓRIO 4
PASSADAS 25% DE
ÁGUA ( 10 TON )
ENROCAMENTO
I
BRENCHA
BASÁLTICA) I C
COMPACTADO EM
CAMADAS DE 1,60m
ROLO VIBRATÓRIO 4
PASSADAS 25% DE
ÁGUA ( 10 TON )
INTERCALAÇÃO
DE BASALTO
MACIÇO E
BASÁLTICA
I D
COMPACTADO EM
CAMADAS DE 0,80m
ROLO VIBRATÓRIO 4
PASSADAS 25% DE
ÁGUA ( 10 TON )
BASALTO
MACIÇO -
ROCHAS SELEC.
DE O,80 m
I E
ROCHA DE FACE
COLADA
TRANSIÇÃO
II
BRITA CORRIDA
DE BASALTO
MACIÇO
II B
GRADUAÇÃO MENOR
QUE Ø 6” COMPACT.
EM CAMADAS - 0,40m
CAMADAS ROLO
VIBR. MIN 4
PASSADAS .
FACE ROLO
VIBR.MIN. 6
PASSADAS ASCEN.
ATERRO
III
MATERIAL
IMPERMEÁVEL
CAPA DE TERRA
III D
MENOR QUE 3 / 4 “
COMPACT. EM
CAMADAS 0.30m
ROLO PNEUMÁTICO
OU EQUPAM. DE
CONSTRUÇÃO
Figura 2 - Zoneamento da barragem de Foz do Areia. ( apud N. S. Pinto et. al. )
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27. Figura 3 - Detalhe da Junta Perimetral da Barragem de Foz do Areia
( apud N. S. Pinto et. al. )
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