Os primeiros estudos sobre do projeto de barragens e performance de suas estruturas começaram em 1850, com o engenheiro civil William John Macquorn Rankine, da Universidade de Glasgow. Desde então, as técnicas evoluíram, mas alguns princípios básicos continuam válidos.
Atualmente, existem no mundo pouco mais de 56 mil barragens. A maior concentração está na China (23.842), depois vêm os Estados Unidos (9.260), Índia (5.100), Japão (3.112) e Brasil, que conta com mais de 1.400 barragens.
O primeiro registro que se tem de uma barragem é de 2900 a.C. A estrutura, localizada em Kosheish, no rio Nilo, era utilizada para fornecer água para a região
As barragens são estruturas construídas transversalmente aos vales e utilizadas basicamente para a acumulação de água, embora também sejam utilizadas para deposição de outros materiais, como rejeitos de processos industriais. Tais estruturas podem ser de terra ou de concreto e tanto seu projeto como construção devem seguir técnicas de Engenharia e Geotecnia.
Reservas de água
Geração de energia elétrica
Controle de cheias
Contenção de sedimentos
Contenção deExistem vários tipos de barragem, que variam de acordo com sua finalidade e conformação do terreno onde se localizam.
As barragens em Arco, também conhecidas como abóbadas, normalmente são construídas em vales mais estreitos e têm formato curvo, o que possibilita que as pressões sobre o maciço sejam transferidas para as ombreiras. Esse tipo de construção exige grandes escavações para atingir a rocha sã e garantir o suporte adequado. Os esforços sobre a fundação são maiores neste tipo de barragem, tanto no fundo quanto nas ombreiras. A geologia é fator muito importante para a estabilidade nesse tipo de barragem. Um exemplo é que não pode haver descontinuidade da rocha nas ombreiras.
As barragens de gravidade em concreto normalmente são construídas em locais onde há restrição de espaço ou dificuldade para terraplenagem (falta de acesso ou falta de solos e enrocamento). Elas requerem uma fundação competente e são constituídas por uma parede de concreto, maciça ou vazada. Essa parece resiste, pelo próprio peso, ao empuxo horizontal da água, transmitindo as pressões para o assoalho da fundação. Porém, a estabilidade desse tipo de barragem é crítica, por deslizamento e tombamento.
O corpo deste tipo de barragem é formado por uma laje impermeável de concreto, apoiada por lajes de sustentação denominadas contrafortes. Devido à pequena área da base, a pressão é reduzida, mas, ainda assim, é exigido um maior tratamento das fundações (tirantes e injeção de calda de cimento) e um maior controle geológico. Um dos aspectos positivos nesse tipo de construção é a maior economia de concreto. Exemplo: Barragem da Usina Hidrelétrica de Itaipu - Brasil.
Este tipo de barragem é um aterro construído com fragmentos de rocha e cascalho e compactado em camadas com rolos vibratórios. Normalmente é construída sobre fundações de rocha sã, mas também pode ser feita sobre rocha alterada, aluviões compactadas e outros materiais resistentes. O maior problema dessas barragens é a acomodação do enrocamento com o peso e a saturação, que podem trincar a face. Exemplos: Segredinho, Machadinho e Itá – Brasil.
Este é o tipo mais comum e também o mais antigo (há exemplo de uma barragem construída no Ceilão, em 504 A.C) de barragem, normalmente construída para armazenar água. Pode estar apoiada em tipos variados de fundação, que vai da rocha compacta até materiais inconsolidados, e tem dois tipos: homogêneo ou zonado. O homogêneo é quando se usa uma única espécie de material - com exceção da proteção dos taludes, que requer material impermeável. Os taludes precisam ser suaves para que haja adequada estabilidade. Já o tipo zonado tem um núcleo central impermeável, envolvido por zonas de materiais mais permeáveis para suportar e proteger o núcleo. Estes materiais podem ser areia, cascalho, fragmento de rocha ou uma mistura dos três.
As barragens de rejeito são estruturas construídas com terra, enrocamento, rejeitos e até mesmo concreto, para armazenar resíduos de alguns processos industriais. No caso da mineração, esses resíduos resultam do beneficiamento do minério, que é quando acontece a separação do produto bruto em concentrado (material rico, com valor econômico) e rejeito (material sem demanda de mercado).
A barragem é como uma barreira. Lá são dispostos, de maneira controlada, planejada e segurada os rejeitos gerados no processo de beneficiamento do minério. Os rejeitos são transportados e dispostos em forma de polpa, ou seja, uma fração líquida com sólidos em suspensão.
Os rejeitos de minério de ferro são formados por partículas ultrafinas contendo Ferro, Alumina, Fósforo e Sílica e são classificados de acordo com sua granulometria.O tipo de rejeito influencia diretamente nas características e no tipo de barragem.
Constituído por areias finas a médias, não plásticas. Apresenta alta permeabilidade, resistência ao cisalhamento e baixa compressibilidade.
O uso do próprio rejeito na construção das barragens é o método mais difundido, em razão do menor custo, disponibilidade do material e facilidade construtiva. Nesse caso, as barragens comportam-se como aterros hidráulicos, que são estruturas construídas pelo transporte e deposição de solo em meio aquoso.
Denominado de lama, é constituído por siltes e argilas. Apresenta alta plasticidade e compressibilidade, sendo de difícil sedimentação.
Similares às barragens de contenção de água, mas construídas com solo argiloso ou em enrocamento com núcleo argiloso.
Uma vez dispostos nas barragens, os rejeitos passam por várias transformações físicas ao longo do tempo.
Fase de construção
Concluídos os trabalhos de disposição
Vida útil da barragemA construção de barragens por aterro hidráulico pode ser feita a partir três métodos principais: alteamento à montante, alteamento à jusante e método da linha de centro. Todas as formas incluem a construção de um dique de partida.
A diferença está na direção em que o alteamento é feito.
Os rejeitos são depositados hidraulicamente a partir da crista do dique de partida, formando uma praia de rejeito. Com o tempo, esse material se adensa e serve de fundação para futuros diques de alteamento, que são feitos com o próprio material de rejeito. O processo é repetido, até atingir a cota de ampliação.
Os alteamentos subsequentes ao dique de partida são feitos para a direção da corrente de água, até atingir a cota de projeto. Nesse caso, cada alteamento é estruturalmente independente da disposição do rejeito, o que melhora a estabilidade da estrutura. Além disso, é possível construir todo o alteamento da barragem com o mesmo material do dique de partida.
Sistema de disposição similar ao método à montante. Os rejeitos são lançados a partir da crista do dique de partida. A construção segue de modo similar, com alteamentos com diques sucessivos, mas mantendo o eixo de simetria da barragem constante. Este é o método mais seguro para construção de barragens de rejeito.
O lançamento dos rejeitos na barragem é feito ao longo da crista do dique, por ciclones ou séries de pequenas tubulações, para que haja uma formação uniforme da praia. A sedimentação das partículas dá-se em função do seu tamanho e densidade, isto é, as partículas mais finas e leves ficam em suspensão e são transportadas para o centro da barragem, enquanto as partículas mais grossas e pesadas sedimentam-se rapidamente mais próximo do dique.
A Vale e o ITV já atuam intensamente na busca e desenvolvimento de tecnologias que tornem o reaproveitamento de rejeitos uma realidade. Isso porque os rejeitos depositados em barragens têm teor igual – e em alguns casos até maior — ao mineral bruto que é lavrado em outras minas.
A recuperação e o aproveitamento desse material iria possibilitar um aumento da recuperação metalúrgica e em massa nas plantas de beneficiamento e contribuir para a redução do impacto e passivo ambiental das empresas mineradoras. Dessa forma, ainda seria possível evitar os custos e o tempo gasto para obtenção das licenças ambientais necessárias para ampliação ou construção de novas barragens de rejeito.