Barragens são estruturas fundamentais para reter ou controlar o fluxo de água em rios e outros corpos hídricos. Elas desempenham papel estratégico no abastecimento, na geração de energia e na prevenção de desastres naturais.
Diante de suas múltiplas funções, as barragens transformam paisagens e sustentam atividades econômicas. Compreender seu funcionamento, tipos, riscos e benefícios envolvem conhecimentos interdisciplinares de engenharia, física, geografia e meio ambiente.
Neste texto, vamos explorar os diferentes tipos de barragens, suas funções e impactos ambientais, além dos princípios físicos que garantem sua estabilidade. Acompanhe abaixo.
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Tipos de barragens
Existem diferentes tipos de barragens, classificados principalmente de acordo com seu formato estrutural e material de construção:
- Barragens em arco: Construídas com concreto e curvadas no sentido da água represada. O formato permite transferir a força da água para as paredes laterais do vale. São ideais para vales estreitos e profundos, como a Barragem Hoover (EUA).
- Barragens de gravidade: Estrutura maciça e reta, normalmente de concreto, que utilizam o próprio peso para resistir à pressão da água. São adequadas para vales largos com fundações rochosas resistentes, como a Barragem de Itaipu (Brasil/Paraguai).
- Barragens de aterro: Feitas com materiais compactados (terra, argila, rocha). Ideal para áreas com solos mais flexíveis e materiais disponíveis localmente. São amplamente utilizadas no Brasil, como a de Brumadinho, e dividem-se em:
- Barragens de terra; e
- Barragens de enrocamento (com blocos de rocha).
É importante destacar que a escolha do tipo de barragem depende de fatores como topografia, geologia local, material disponível e finalidade da obra.
Dentre as grandes barragens do mundo destacam-se Itaipu, uma das maiores do mundo em geração de energia, com 14.000 MW de potência, e Três Gargantas (China), a maior do mundo em capacidade instalada, com mais de 22.000 MW.
Funções das barragens
As barragens são construídas com múltiplos objetivos, que variam de acordo com as necessidades da região, as características do rio e o planejamento da infraestrutura local. Dentre suas funções estão:
- Geração de energia hidrelétrica: Armazenam água em reservatórios para movimentar turbinas e gerar eletricidade;
- Abastecimento de água: fornece água potável para cidades e irrigação agrícola;
- Controle de enchentes: regulam o fluxo dos rios, reduzindo riscos em áreas urbanas;
- Navegação: criam condições para navegação em rios antes intransitáveis; e
- Recreação e turismo: Lagos artificiais formados por barragens podem ser usados para lazer, pesca e esportes aquáticos.
Impacto socioambiental
Apesar dos benefícios, a construção de barragens implica impactos significativos. Eles são resultado das profundas transformações físicas, ecológicas e humanas geradas durante e após sua implantação. Dentre eles destacam-se:
- Alagamento de grandes áreas: a formação do reservatório pode inundar áreas ocupadas por vegetação nativa, propriedades rurais e comunidades tradicionais;
- Deslocamento de populações: com o alagamento de grandes áreas as comunidades ribeirinhas e até cidades inteiras são forçadas a se mudar;
- Alteração do regime hidrológico: modifica os ciclos naturais de cheias e secas, afetando os ecossistemas, como o ciclo de reprodução dos peixes; e
- Perda de biodiversidade: espécies aquáticas e terrestres podem desaparecer em função das mudanças no habitat e influência em sua dinâmica.
Princípios físicos das barragens
Pressão hidrostática
A água exerce pressão sobre a estrutura da barragem, e essa pressão aumenta com a profundidade. A fórmula que descreve essa variável física é:
Onde:
- P é a pressão (em Pascal);
- ρ é a densidade da água (≈1000 kg/m³);
- g é a aceleração da gravidade (9,8 m/s²); e
- h é a profundidade da coluna de água.
Essa equação mostra que a base da barragem sofre maior pressão que o topo, o que influencia diretamente no seu projeto estrutural.
Empuxo
A água represada exerce uma força conhecida como empuxo sobre as superfícies da barragem, pressionando-a em sentido oposto ao reservatório. Essa força tende a desestabilizar a estrutura, logo deve ser corretamente prevista nos cálculos estruturais.
Esse empuxo é proporcional ao volume de água deslocado. Logo, está de acordo com o Princípio de Arquimedes, que afirma que todo corpo imerso em um fluido sofre uma força vertical e ascendente igual ao peso do volume de fluido deslocado.
Centro de pressão
O centro de pressão é o ponto onde se concentra a força resultante da pressão hidrostática. Ele diverge do centro geométrico devido ao aumento da pressão proporcionalmente ao aumento da profundidade.
O conhecimento do centro de pressão é de grande importância no cálculo da distribuição das forças atuantes visando o equilíbrio da estrutura. Assim, permite calcular corretamente os momentos das forças atuantes e evitar falhas estruturais.
Momento de uma força
Para garantir a estabilidade de uma barragem, considera-se o momento das forças aplicadas (empuxo da água e peso da estrutura). O equilíbrio de momentos garante que a barragem não tombará nem será deslocada, sendo calculado por:
Onde:
- M é o momento;
- F é a força aplicada; e
- d é a distância em relação ao ponto de rotação.
Geração de energia hidrelétrica
Energia potencial gravitacional
A água armazenada no reservatório possui energia potencial gravitacional, energia armazenada por um corpo devido à sua posição em um campo gravitacional, dada por:
Onde:
- Eₚ é a energia potencial gravitacional (em joules);
- m é a Massa do corpo (em quilogramas);
- g é a aceleração da gravidade (9,8 m/s²); e
- h é a altura (em metros).
Ao ser liberada e cair sob ação da gravidade será convertida em energia cinética, de acordo com o princípio da conservação da energia, que movimenta turbinas.
Turbinas hidráulicas
As turbinas convertem a energia cinética da água em energia mecânica de rotação. O modelo mais comum em usinas hidrelétricas é a turbina Francis, adequada para vazões e alturas médias.
Geradores elétricos
A rotação das turbinas movimenta geradores compostos por um rotor (parte móvel), com ímãs ou eletroímãs que criam um campo magnético, e por um estator (parte fixa), com bobinas de fio condutor (geralmente cobre).
Quando o rotor gira (movido pela turbina), ele faz com que o campo magnético varie continuamente ao redor das bobinas. Essa variação do fluxo magnético gera uma corrente elétrica induzida nas espiras do estator, de acordo com a Lei de Faraday.
Eficiência energética
A geração hidrelétrica pode atingir eficiências superiores a 90%, ou seja, há perdas devido ao atrito, por exemplo, mas constitui-se como uma das fontes mais eficientes. A eficiência depende de múltiplos fatores como o desnível (altura da queda d’água), a vazão e a conservação das máquinas.
Segurança de barragens
As barragens, assim como as demais tipos de obras, estão sujeitas a diversos riscos, como:
- Falhas de projeto ou construção;
- Eventos climáticos extremos, como chuvas intensas;
- Falta de manutenção e monitoramento; e
- Instabilidade geológica ou sísmica.
Para evitar a ocorrência de desastres é de extrema importância o monitoramento constante com sensores de pressão, deformação e vazamento, além de manutenções periódicas para prevenir falhas estruturais.
É obrigatório elaborar Planos de Ação de Emergência (PAE) para situações críticas, como rompimento ou risco iminente. Esses planos envolvem alerta à população, evacuação e medidas de contenção.
Acidentes com Barragens
Dois casos emblemáticos no Brasil foram os das barragens de Mariana (2015) e Brumadinho (2019). Acidentes como esses mostram a dimensão dos danos causados pelo rompimento de barragens.
Ambos os casos foram rompimentos de barragens de rejeitos de mineração. Eles culminaram em centenas de mortes e enormes danos ambientais. As causas incluem falta de fiscalização, projetos mal dimensionados e negligência operacional.
Questão do vestibular sobre barragens
Universidade de Fortaleza (Unifor) 2019
O rompimento da barragem de Brumadinho, em 25 de janeiro de 2019, foi um dos maiores desastres com rejeitos de mineração no Brasil. Esse caso aconteceu três anos e dois meses após o rompimento da barragem de Mariana, ambas localizadas no estado de Minas Gerais. O rompimento resultou em um desastre de grandes proporções, fato que levou o governo federal a recomendar aos órgãos reguladores a fiscalização imediata de todas as barragens, com ênfase naquelas que apresentam risco à vida humana. Considere um tipo de barragem de armazenamento de água, com largura W = 300 m, como representada pela figura abaixo. A água atinge uma altura H = 80 m e a força exercida pela água em um ponto da barragem de altura h = 10 cm pode ser considerada constante.
Dados:
- Densidade da água: ρ = 1g/cm3
- Gravidade: g = 10 m/s2
Qual a força que deve ser suportada por esse ponto da barragem?
A) 2,4.107 N
B) 2,4.108 N
C) 2,7.107 N
D) 9,0.105 N
E) 8,0.105 N
Alternativa correta:
A
A pressão a essa profundidade é:
A área da faixa de 0,1 m de altura e 300 m de largura:
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