Aula Barragens

1

OBRAS HIDRÁULICAS

BARRAGENS

ORGÃOS DE CONTROLE

» VERTEDOUROS

» DESCARREGADORES

» COMPORTAS

USINAS HIDRELÉTRICAS

ENGENHARIA ECONÔMICA (AVALIAÇÃO DE PROJETOS)

SEGURANÇA DE OBRAS

2

BARRAGENS

BARRAGEM = ESTRUTURA PERMANENTE DESTINADA A OBSTRUIR UM

RIO OU VALE PARA CRIAR UM DESNÍVEL. UMA BARRAGEM ESTÁ SUJEITA

PERMANENTEMENTE A UM DESNÍVEL DE ÁGUA.

DIQUE = ESTRUTURA SUJEITA AO DESNÍVEL APENAS

TEMPORARIAMENTE. A PALAVRA DIQUE É TAMBÉM USADA PARA UMA

BARRAGEM DE TERRA DE PEQUENA ALTURA (h<10m).

ENSECADEIRA = ESTRUTURA TIPO BARRAGEM DE CARÁTER

TEMPORÁRIO PARA DESVIAR UM RIO DURANTE A CONSTRUÇÃO DE UMA

OBRA HIDRÁULICA.

3

FINALIDADE DAS BARRAGENS

CRIAR RESERVATÓRIOS – REGULARIZAÇÃO

– DETENÇÃO

– RECREAÇÃO

DESVIAR CURSOS DE ÁGUA

CONTROLE CHEIAS

NAVEGAÇÃO (PROFUNDIDADE)

CRIAR DESNÍVEL (USINAS HIDRELÉTRICAS)

4

5

TIPOS DE BARRAGENS

GRAVIDADE

– CONVENCIONAL

– ALVENARIA

ARCO

– CONCRETO/ALVENARIA

CONTRAFORTES

– AMBURSEN

– ARCO MÚLTIPLO

– SEMI-MACIÇO

ATERRO

– TERRA

– ENROCAMENTO

• NÚCLEO DA ARGILA

• NÚCLEO CONCRETO

• FACE CONCRETO

• FACE ASFALTO

OUTROS

– MADEIRA

– AÇO

6

BARRAGEM À GRAVIDADE

7

BARRAGEM EM ARCO

8

BARRAGEM DE CONTRAFORTE

9

BARRAGEM DE TERRA

10

11

RESERVATÓRIO DE ITAIPU

12

PERFIL – RESERVATÓRIO

ITAIPU

13

BARRAGENS DE CONCRETO

ITAIPU

14

BARRAGENS DE CONCRETO

ITAIPU

15

BARRAGENS AUXILIARES

TERRA – ITAIPU – SEÇÕES

TRANSVERSAIS TÍPICAS

16

HIDROLOGIA DE ITAIPU

17

HIDROLOGIA DE ITAIPU

18

FOZ DO AREIA

19

FOZ DO AREIA

20

TIPOS DE BARRAGENS

21

BARRAGENS

Rio Nilo - 4000 a. C. - Menfis

Barragem de Almanza - Espanha -

XVI

Hoover - Colorado - USA

Itaipu - rio Paraná - Brasil

Três Gargantas - rio Yangtse - China

22

23

PONTOS CRÍTICOS NA SEGURANÇA

CAUSAS DE COLAPSOS • FUNDAÇÕES

» SUBPRESSÃO

» PERCOLAÇÃO (“PIPING”)

• EVENTOS HIDROLÓGICOS

• TERREMOTOS E DESLIZAMENTOS

• “PIPING” NA BARRAGEM

• ERROS NA OPERAÇÃO/PROJETO

• RECALQUES

IMPORTANTE EFETUAR ESTUDOS DETALHADOS E PRECISOS DE

• HIDROLOGIA

• GEOLOGIA

• MATERIAIS DE CONTRUÇÃO

24

EXEMPLOS – GRAVIDADE, CONTRAFORTE E ARCO

BARRAGENS À GRAVIDADE - CONCRETO

• PEIXOTO

• JUPIÁ

• DIVISA

• JURUMIRIM

BARRAGENS CONTRAFORTE

• ITAIPU

• EDGARD DE SOUZA

• SALTO GRANDE

BARRAGENS ARCO

• FUNIL

25

EXEMPLOS – BARRAGENS DE TERRA

BARRAGENS DE TERRA

• CAPIVARI-CACHOEIRA

• ÁGUA VERMELHA

• ILHA SOLTEIRA

• GUARAPIRANGA

• BALBINA

• SAMUEL

• PORTO PRIMAVERA

26

EXEMPLOS – BARRAGENS DE ENROCAMENTO

BARRAGENS DE ENROCAMENTO

• SALTO OSÓRIO – RIO IGUAÇU

• SALTO SANTIAGO – RIO IGUAÇU

• ITAÚBA

• FURNAS

• FOZ DO AREIA – RIO IGUAÇU

• SEGREDO – RIO IGUAÇU

• ESTREITO

• JAGUARA

27

28

29

30

Vista Geral

31

Vertedouro

32

Tomada d’água e condutos forçados

33

34

Casa de Força

35

36

37

FUNIL TURBINAS

TIPO FRANCIS – EIXO VERTICAL

POTÊNCIA (H=62m) 72 000kW

POTÊNCIA NA QUEDA MÁXIMA (h=71,5m)

77 420kW

POTÊNCIA NA QUEDA MÍNIMA

(h=53,0m)

53 000kW

RENDIMENTO MÁXIMO 93%

VALOR DE ROTAÇÃO 163 rpm VELOCIDADE DE DISPARO 348,0 rpm

ENGOLIMENTO NOMINAL 123,0m3/s

ENGOLIMENTO MÁXIMO 134,0m3/s

DIÂMETRO DO ROTOR 4,28m

GERADORES

TIPO UMBRELLA

38

39

SELEÇÃO DO TIPO DE BARRAGEM

CONDIÇÕES LOCAIS

• GEOLOGIA

• FUNDAÇÕES

• TOPOGRAFIA

• DISPONIBILIDADE DE MATERIAIS

• HIDROLOGIA

CUSTO (MÁXIMO BENEFÍCIO/CUSTO)

TRADIÇÃO (EXPERIÊNCIA PROJETISTA)

TECNOLOGIA (EXPERIÊNCIA CONSTRUTOR)

RAZÕES ESTÉTICAS

SEGURANÇA

40

FORÇAS ATUANTES

ATIVAS – PESO

– EMPUXO HIDROSTÁTICO

• HORIZONTAL

• VERTICAL

– SUBPRESSÃOINCERTEZAS

• DRENAGEM

• INJEÇÕES

– SEDIMENTOS

– AÇÃO GELO

– FORÇAS SÍSMICAS

PASSIVAS – ATRITO

– REAÇÕES

• FUNDAÇÃO

• OMBREIRAS

– TENSÕES

• NORMAIS

• TANGENCIAIS (ESCORREGAMENTO)

41

FORÇAS ATUANTES

Impermeáveis à água e resistentes às forças

ATIVAS:

Gravidade - peso da barragem - W

Pressão hidrostática - Hh e Hv

Subpressão - Pa

Sedimentos

Pressão do gelo - Fi

Forças sísmicas - hidrostática Ew e inércia Ed

42

FORÇAS ATUANTES

PASSIVAS:

Atrito

Reações (fundações e ombreiras)

Tensões (normais, tangenciais,

(escorregamento))

43

FORÇAS ATUANTES

44

PESO DA BARRAGEM

Produto do volume da barragem pelo

peso específico dos materiais

constituintes

CG - centro da área da seção transversal

VW

45

FORÇAS HIDROSTÁTICAS

Atuam nos paramentos de montante e jusante

Componente horizontal

CG da base

Componente vertical

CG da coluna de água

2

2hHh

1VHv

3

h

46

SUBPRESSÃO

Percolação da água entre a barragem e

o terreno - gera pressões ascensionais;

Função do tipo de solo e dos métodos

de construção;

h1 e h2 - alturas máximas de água sobre

o calcanhar e o pé da barragem - t -

largura

thh

Pa2

21

47

SUBPRESSÃO JUNTO À FACE DE MONTANTE h1

COMO VARIA NO MEIO?

JUNTO À FACE DE JUSANTE h2

a) MENOS PERMEÁVE A MONTANTE

h1 (GRADIENTE FAVORÁVEL) h2 b) MENOS PERMEÁVEL A JUSANTE

(GRADIENTE ADVERSO)

a h2

h1

LINEAR = K CONSTANTE (fundação homogênea)

b = “SUBPRESSÃO PLENA”

48

REDUÇÃO DA SUBPRESSÃO

Recordar do escoamento em meios porosos

dx

dhKq em plano horizontal

dhdp

1.

dx

dp

dx

dh

então K

q

dx

dp gradiente do diagrama de subpressão

Injeções de cimento próximo à face de montante reduzem “K”

gradiente de pressão favorável

Outra técnica de reduzir subpressãoDRENAGEMmuito eficiente

49

EFICIENCIA DA DRENAGEM

drenoosemsubpressão

drenoocomsubpressão

h

h1

''

Em geral K1<K2 devido à cortina de injeções!!!

Em geral adota-se eficiência de drenagem para projeto de 50 % a 75%

TIPOS DE DRENAGEM

a) Fundação sobre rocha sã – galerias – furos de 3’ a cada 2m – injeção de

cimento a montante – reduz a permeabilidade.

b) Fundação em terra ou rocha decomposta - cortina de impermeabilização a

montante + tubo de drenagem envolvido em brita e areia (diminui a

granulometria do material).

50

ANÁLISE EXATA E APROXIMADA DA SUBPRESSÃO

b-x

h’’

x

H

h*

b

51

!!!)1(tan

)1(2

0

112

)(2

)2)(1(2

)()1(

)()1(

2

1

22

)(

1

11

2

222

2

''''

''

*

*''

*

''

bxseOKérusartoPor

HbSe

b

xbxse

r

b

xHbxbbb

b

H

bxxbxxbxbb

H

xb

xxb

b

xbH

xHhxbh

S

b

xbHh

b

xbHh

hhh

h

52

SEDIMENTOS

coeficiente que traduz o fato que os sedimentos não se

comportam como fluido. Diagrama de pressões: triângulo de altura

h (altura da deposição dos sedimentos) e base

MUITAS VEZES É DESPREZADA

GELO FORÇA DEVIDO À EXPANSÃO TÉRMICA DA CAMADA DE GELO

(NÃO SE APLICA NO BRASIL)

(VER LINSLEY & FRANZINI FIG. 7-3) – pág 217

2

2hF SH

hS

53

PRESSÃO DO GELO

Cobertura de gelo submetida a aumento de

temperatura - dilata - exerce empuxo -

paramento de montante

Placas isoladas - Empuxo - f (espessura,

velocidades na variação da temperatura)

Cobertura total - multiplicar por 1,58

54

PRESSÃO DO GELO

55

FORÇAS SÍSMICAS

Forças de inércia - massa da barragem x aceleração (a) provocada pelo terremoto - Ed

Forças de inércia horizontal e vertical (momentaneamente)

Oscilações - para mais ou para menos nas pressões hidrostáticas – Ew CG

do fundo 2555,0 hkEw

3

4h

gak /

56

INVESTIGAÇÃO GEOLÓGIA

Cuidadosa!!!!!!!!! Ruptura !!!!!!!!!!

Exame das rochas

Ampla exploração do subsolo - sondagens

Coleta de amostras

Métodos geofísicos

Poços perfurados devem permitir a observação direta - geólogo

57

RUPTURAS DE BARRAGENS

Ruptura de camadas adjacentes do subsolo

AUSTIN - Rio Colorado - Texas - cavernas terreno calcáreo subjacente;

St. FRANCIS - Califórnia - efeito da umidade das águas do reservatório sobre o conglomerado de um dos pegões (ombreiras) – 1928;

MALPASSET - barragem em arco - Sul França - intrusão de argila no maciço rochoso.

58

DESVIO DO RIO

59

60

ANÁLISE DE ESTABILIDADE

I. CONDIÇÃO NORMAL (NA=MAX. NORMAL)

II. CONDIÇÃO DE CHEIA DE PROJETO

III. TERREMOTO IV. RESERVATÓRIO ASSOREADO

V. SEM RESERVATÓRIO (CONDIÇÃO EM CONSTRUÇÃO)

PARA CADA CASO VERIFICAR

a) TOMBAMENTO

b) ESCORREGAMENTO

c) ROMPE, QUEBRA, ESFARELA

TENSÕES NORMAIS TENSÕES TANGENCIAIS

61

BARRAGEM À GRAVIDADE

Construídas de concreto

A estabilidade depende do peso próprio

Em geral são em linha reta, podendo

apresentar curvatura

Estabilidade - a análise estrutural deve

considerar duas hipóteses: reservatório cheio

e vazio.

Exemplo - Brasil - Salto Caxias - rio Iguaçu

62

RUPTURAS NAS BARRAGENS

DE GRAVIDADE

Escorregamento ao longo plano

horizontal

Rotação em torno do pé da barragem

Ruptura do material

63

ESTABILIDADE DAS

BARRAGENS DE GRAVIDADE

Fica no lugar?

Tombamento e escorregamento

Não esfarela?

Tensões de cisalhamento

Tensões normais

Efeito da variação da temperatura

64

BARRAGENS À GRAVIDADE (CONCRETO)

Simplificação(forma triangular)

V1 x1

m 1

W H1 xw

V2 x2

y1 H2

xs y2 S

r=50%

L

)SxyH(yHxVxVWxM

HHH

SWVVV

311222211w

21

21

65

PARA ANÁLISES PRELIMINARES MUITAS VEZES USAM-SE

SIMPLIFICAÇÕES COMO:

a) FORMA TRIANGULAR m

mH3

2x

2

mHW

WC

2

b) PARAMENTO VERTICAL V1=0

mH c) ÁGUA SÓ A MONTANTE V2=H2=0

(TODAS ESTAS HIPÓTESES SÃO A FAVOR DA SEGURANÇA)

66

d) SUBPRESSÃO IGUAL À SUBPRESSÃO PLENA VEZES r EM TODA EXTENSÃO

mH3

2xr

2

Hmr

2

)mH(HS

S

2

(CONSERVADORISMO DEPENDE DE “r”!)

r = coeficiente de Maurice-Lévy

EMPUXO HIDROSTÁTICO

H3

1y

2

HH

1

2

1

Todos os cálculos são feitos por m de largura.

67

NESTE CASO TEM-SE:

a) TOMBAMENTO

r

m

mr

M

MS

c

cc

T

Rt

2

1

4,22

2

12

para r = 1 m 1,58

r = 0,5 m 0,84

r = 0,2 m 0,71

tMRM

mrHmHmM

HH

mHmH

mHmH

M

HH

mHmHmHSWV

C

RC

RCRC

2

3232

222

2

222

2

1

3

1

3

1

3

1

23

2

23

2

2

2

)(222

68

b) ESCORREGAMENTO

rmH

rmH

S

H

VS

c

C

e

e

2

2

5,1

2

2

EM GERAL =0,85 (CONCRETO/ROCHA)

r4,2

76,1r

85,0

5,1m

1

c

r = 1 m 1,26

r = 0,5 m 0,92

r = 0,2 m 0,80

69

c)TENSÕES c.1) CIZALHAMENTO

m

H

mH

H

A

H

2

2

2

CONCRETO <7,8.105 Pa (8Kp/cm2)

HH

m 006,010.8,72

98105

H=100m m>0,6 (não é crítico – tração)

H

c.2) TENSÃO NORMAL

J

e.V

A

V R V

no caso:

612

22233 HmJHm

J

mH

V

MM

V

Md TR

e

d

70

2

2

2

2

22

2

2

2

3

32

22

2

2

1

2

6

1

36

1

2

1

/36

1

21

3

2

2

1

23

1

m

Hr

Hr

H

m

Hr

H

mH

rmH

J

eV

A

V

m

Hr

H

Hm

rm

HmHrmH

J

eV

rm

HmHde

rmmH

rmH

mrHm

V

MMd

cc

c

c

c

c

c

c

c

c

c

TR

71

02,1

2,1

r4,2

2mr4,2

m

2

m

1

m

1r

)5,0r(72,0

)1r(84,0m

)5,0r(9,1

)1r(4,1r

m

10

m

1H

m

1rH

m

H

rHm

H

2

22

c

21

C

21

22

2

C

1

22

2C1

72

CONCLUSÃO

ESTABILIDADE

MAIS CRÍTICO: TOMBAMENTO E

ESCORREGAMENTO

(PARA H<100m)

SEM DRENAGEM m > 1 !!!

COM DRENAGEM EFICIENTE (r<0,5) m=0,7 ... 0,8 !!!

73

VERIFICAÇÃO ESTABILIDADE HIPÓTESE =0,65 SUB-PRESSÃO PLENA

BARRAGEM TRIANGULAR (ATRITO) c=2400Kgf/m3

H

B

m=0,5 m=0,845 m=1,0 m=1,5 m=2,0

TENSÕES NORMAIS 1=-2600H

2=4000H

1=0

2=+1400H

1=+400H

2=+1000H

1=+955,5H

2=444,4H

1=+1150H

2=+250H

TENSÃO DE

CIZALHAMENTO

c12=1000H c12=591,7H c12=500H c12=333,3H c12=250H

TOMBAMENTO ST=0,80 ST=1,41 ST=1,60 ST=1,96 ST=2,13

ESCORREGAMENTO SE=0,46 SE=0,77 SE=0,91 SE=1,36 SE=1,82

EXCENTRICIDADE eD=+0,393H eD=+0,141H eD=+0,071H eD=-0,091H eD=-0,214H

OBS FORA DO NÚCLEO

NO EXTREMO DO NÚCLEO CENTRAL

74

BARRAGEM DE CONTRAFORTE

Placa inclinada que transmite a pressão da água para uma série de contrafortes.

Tipos: a) lajes planas

b) superfícies curvas - em arco

Necessitam menos concreto - não significa menor custo - formas e armaduras de aço

pressões nas fundações - menores - terrenos menos resistentes

Exemplo - Itaipu - gravidade aliviada

75

BARRAGEM DE CONTRAFORTE

76

BARRAGENS CONTRAFORTE

IDÉIA BÁSICA: ECONOMIZAR CONCRETO – TIPOS:

• AMBURSEN

• ARCO MÚLTIPLO

• COGUMELO

CONTRAFORTE REDUZ MUITO A SUBPRESSÃO

subpressão só

sob oscontrafortes

77

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100

CONCRETO

AL

TU

RA

AMBURSEN

ARCO MÚLTIPLO

COGUMELO

GRAVIDADE

78

FORÇAS NAS BARRAGENS

DE CONTRAFORTE

Mesmas forças da barragem de gravidade

Inclinação de 45o a montante

- grande componente vertical da pressão hidrostática - estabiliza (deslizamento e rotação)

Sub-pressão é menor, por causa dos vãos entre os contrafortes

79

TIPO AMBURSEN

Laje armada

40-50O

ESPAÇAMENTO CONTRAFORTE

5-12m

COMPENSA PESO POR EMPUXO VERTICAL ~ ORDEM (HORIZONTAL)

80

ARCOS MÚLTIPLOS

arco

DISTÂNCIA ENTRE CONTRAFORTES 7-20m

81

COGUMELO

AMBURSEN POUCO USADO HOJE

COGUMELO PROJETO MAIS RECENTE (ITAIPU)

ARCO MÚLTIPLO ESTRUTURA MUITO BONITA

MAIS MACIÇO MENOS ECONOMIA CONCRETO

MAIS FÁCIL DE EXECUTAR

82

EXEMPLO:

Considere uma barragem de contrafortes (tipo

Ambursen) de 31m de altura, contrafortes de 3m de espessura e espaçados em 8m. A laje tem espessura variando de 1m no pé a 0,4m no topo da barragem.

Analise a estabilidade com relação ao tombamento, escorregamento e tensões normais na fundação. A inclinação na laje é de 45o e a subpressão atua apenas

no pé da laje (há um sistema de drenagem eficiente imediatamente a jusante da laje).

Este exercício será resolvido em sala de aula

(Trazer esta figura desenhada em escala para a próxima aula)

83

laje1m borda

0,5 1 1 1

Contra forte

Drenagem Base total: 46,9m

Subpressão só aqui

84

BARRAGEM EM ARCO

Apresentam curvaturas em planta

Transferem a pressão da água,

horizontalmente, para as ombreiras do arco

Seções transversais mais esbeltas

Utilizadas em vales profundos e estreitos

Poucas sofreram ruptura

Exemplo - Brasil - Funil no Rio de Janeiro

85

TIPOS DE BARRAGEM

EM ARCO

Espessura - constante e variável

Simetria - arco simétrico e não simétrico

Geometria - arco único e arco composto

Raio - constante e variável

86

BARRAGEM EM ARCO

87

BARRAGENS EM ARCO

IGUAIS ÀS BARRAGENS DE CONCRETO ONDE O

EMPUXO HIDROSTÁTICO HORIZONTAL É ABSORVIDO

ESSENCIALMENTE POR EFEITO DO ARCO E

DESCARREGADO NAS OMBREIRAS.

O PESO E O EMPUXO VERTICAL CONTINUAM SENDO

ABSORVIDOS PELA FUNDAÇÃO.

TÊM FORMA DE ARCO OU ABÓBADA ESBELTA (POUCO

CONCRETO) E NECESSITAM VALES ESTREITOS COM

LATERAIS EM ROCHA SÃ (“CANYONS”). Barragem Hoover

no Grand Canyon. – USA (filme)

TÊM GRANDE BELEZA ESTÉTICA E SÃO MUITO

SEGURAS.

BARRAGENS DE VAIONT (Itália – Alpes) CONTINUA

INTACTA APÓS SER GALGADA POR UMA ONDA DE H=100m!

ÚNICA BARRAGEM ARCO QUE RUIU: MALPASSET

(França)!

88

PROJETO DAS BARRAGENS

EM ARCO

Tipo arco - a pressão hidrostática é

transmitida horizontalmente para as encostas

pela ação do arco - pré projeto.

Arco mais balanço - a força devido à pressão

hidrostática é absorvida pelas encostas e

pela fundação. Quem aguenta quanto?

89

TIPOS:

a) RAIO: CONSTANTE / VARIÁVEL

b) SIMETRIA: ARCO SIMÉTRICO / ASSIMÉTRICO

c) GEOMETRIA: ARCO ÚNICO / ARCO COMPOSTO

VALES U RAIO CONSTANTE MAIS SIMPLES

MAIOR VOLUME

VALES V RAIO VARIÁVEL FORMAS COMPLEXAS

ECONOMIA CONCRETO

ESTABILIDADE:

SÓ AÇÃO ARCO – PRÉ-DIMENSIONAMENTO

ARCO + BALANÇO

“TRIAL LOAD METHOD” - TLM

ELEMENTOS FINITOS

TLM DIVIDE A CARGA ENTRE ARCO E BALANÇO E

IGUALA AS DEFORMAÇÕES

TENTATIVA E ERRO!

90

PRÓXIMO À CRISTA: QUASE SÓ ARCO

PRÓXIMO À BASE: QUASE SÓ BALANÇO

DIMENSIONAMENTO SÓ POR ARCO (será deduzido

em sala de aula):

H=hb

/2 /2 /2

b

h

adm

hrt

)finoarco(1tR2

senhr2

senR

hbH2

senR2

2senr2b

t

1m

91

VOLUME MÍNIMO (será deduzido em aula):

radianosem2

3413322

tg2

cos22

sen

0

2sen

cos22

sen

2sen

24

hb

d

dV

min

2sen

4

hbV

2sen

2

b

2sen

2

b

hV

2

b

2senr

2sen

2

b

hhrt

.r)1.t(l.AV

'o

2

2

2

2

92

BARRAGENS DE TERRA

(material não monolítico = solo, enrocamento, ...)

Barragens de terra Homogêneas

(solo) Não homogêneas

Barragens de enrocamento Núcleo argila

(blocos de rocha) Diafragma central

Face concreto

Vantagens:

Custo

Fundação menos resistente

Execução mais fácil

Desvantagens:

Sensíveis a galgamento (e “piping”)

Permeabilidade

Taludes muito mais extensos

Compactação problema em clima muito úmido

93

BARRAGENS DE TERRA

Solo escavado (sem parte orgânica)

Transporte (caminhão)

Lançamento em camadas (10-50cm)

Compactação (pé carneiro, rolo pneumático)

TALUDES

Boa fundação H<12 1:2,5

H=12-25 1:3,0

H=25-60 1:3,5

H>60 1:40

Fundação fraca H<20 1:4,0

H>20 1:5,0

PROTEÇÃO COM EROSÃO SUPERFICIAL

Enrocamento (rip/rap) [montante]

Grama [jusante]

Zoneamento (barragem não homogênea)

Silte argilaenrocamento

filtros

94

BARRAGENS DE TERRA

Em geral são mais baratas que concreto

Gravidade e arco exigem fundações em rocha - nem sempre disponíveis

Solo trazido das vizinhanças - lançado em camadas - compactado

Proteções - montante - concreto, asfalto, solo cimento

jusante - grama, enrocamento, cascalho

Exemplo - Brasil - CEMIG

95

TIPOS DE BARRAGENS

DE TERRA

Diques de terra - homogêneos, impermeável a montante - pequenas barragens

Diques zonados - núcleo central impermeável, com zonas de transição que impedem a erosão do núcleo e zonas externas com material mais permeável para estabilizar o conjunto

Tipo diafragma - cortina de vedação para interceptar a água com enrocamento em torno que proporciona estabilidade

96

97

DIMENSIONAMENTO - BARRAGENS DE TERRA PERCOLAÇÃO

- REDE DE CORRENTE (2=0)

+c.c.

- FILTROS (EVITAR SUP. PERCOLAÇÃO)

- VAZÃO DE PERCOLAÇÃO

ESTABILIDADE TALUDE

- MÉTODO DO CIRCULO SUECO

Pixi < Li

Mom. Deslizante Mom. Resistente

= c + (-u) tg

pressão nos poros

98

Largura topo:

(H/5)+3,5 B= 7,5m (estrada)

PROJETO TÍPICO: a) Fundação Impermeável

k1<k2<k3

1 2 3 filtro

b) Fundação Permeável

2 1 3 2 1 3

tapete cutoff estaca até prancha

injeção 40m “funda”

99

PERCOLAÇÃO PASSAGEM DE ÁGUA PELO CORPO DA BARRAGEM E PELAS

FUNDAÇÕES

MÉTODO DE ANÁLISE LINHAS CORRENTE

REDES DE CORRENTE

(escoamento potencial

bidimensional) LINHAS EQUIPOTENTES

TRAÇADO

a) Tentativa e erro partindo do contorno impermeável/superfície freática / LC LP

b) Soluções numéricas da equação de Laplace [2=0] com

condição contorno (melhor)

IMPORTANTE : Não homogeneidade do meio exige formulação mais complexa (matriz) .k=0

100

101

SUPERFÍCIE FREÁTICA (Traçado parabólico = Casagrande)

AB=0,3CB ; AD=Af

C A B D

H y diretriz

ajustes y

A’ f (foco)

0180

6032,0

4534,0

3037,0

400

180

cos1

1

'

' 22

a

aou

aa

Zy

fAADZ

HfAAD

o

o

o

o

o

22222o cotHBHBy30

102

VAZÃO DE PERCOLAÇÃO

Lei de Darcy:

L

H.K.Aq

qnq

KHn

nqn/

n

HnKq

)construçãopor(nsL

n

HH

.)corrdetuboumpara(nA

:D2em

n

S

n

S

S

H

q

q

nn

q

nS

103

REDES DE FLUXO - PERCOLAÇÃO

104

REDES DE FLUXO

Objetivo - calcular o volume das águas percoladas

Composta de linhas de corrente e linhas equipotenciais

Traçado - Modelo de aterro - corante

Analogia elétrica - leis de Ohm e de Darcy

Tentativas - LC e LE - 90o

Soluções analíticas - computador

105

VELOCIDADE DE PERCOLAÇÃO

Princípio da continuidade entre duas

linhas de corrente

Lei de Darcy

vL

q

D

q

L

hk

D

hkv

hN

Nkq

D

L

106

PERCOLAÇÃO E REDE DE

FLUXO

107

ESTABILIDADE DE

BARRAGENS DE TERRA

Círculo sueco - Mecânica dos solos

108

PROJETO DE FILTROS

CRITÉRIOS:

1) 40...515

15 materialD

filtroD

2) Material do filtro não pode conter mais de 5% de finos < 0,074mm (# 200)

3) 585

15 materialD

filtroD

4) 2][

85 drenoaberturad

filtroD

5) curva granulométrica do filtro aproximadamente paralela da do material.

“Material” = aterro ou filtro + fino adjacente

109

EXEMPLO: VERIFICAR A ADEQUAÇÃO DOS MATERIAIS (AREIA E PEDREGULHO) PARA FILTROS GROSSO E FINO DE UMA BARRAGEM CUJO SOLO É DESCRITO PELA CURVA “A”. O DIÂMETRO DOS FUROS DE DRENAGEM NOS TUBOS DO DRENO É DE ½”=12,7mm.

110

ESTABILIDADE TALUDE

MÉTODO DO “CÍRCULO SUECO”

MOMENTO DESLIZANTE: MD=Pixi

MOMENTO RESISTENTE: MR=LiT

=c+(-u)tg [COULOMB]

PARA AREIA c=0

PARA ARGILA c=1000 ... 12000Kp/m2

(10 ... 120 KPa)

CONSIDERAR VARIOS POSSÍVEIS CÍRCULOS DE

ESCORREGAMENTO E VERIFICAR QUAL O MENOR

COEFICIENTE DE SEGURANÇA.

111

112

BARRAGENS DE ENROCAMENTO

ECRD – “Earth core rockfill dam” – SO e SS

ATUALMENTE DOIS TIPOS

CFRD – “Concrete face rockfill dam”) – FA e SG

113

CFRD (CONCRETE FACE ROCKFILL DAM)

Projetos Modernos: enrocamento compactado

(reduz recalque - evita abertura maior da junta perimetral)

Tipo de barragem muito segura.

Projeto baseado mais em experiência do que

análise de estabilidade.

Taludes geralmente 1,3H:1 V

114

SEÇÃO TÍPICA:

1A - solo impermeável

2 – brita graduada e compactada

3A – pedra pequena

3B – enrocamento camada 1m

3C - enrocamento camada 2m3D - enrocamento jogado

1B – proteção enrocamento

2

laje

3B 3C

1B 1A 3A

3D

plinto

115

PONTO CRÍTICO: PLINTO (P/ VAZAMENTO) JUNTA PERIMETRAL

Requer projeto cuidadoso e detalhado para evitar vazamentos.

CARACTERÍSTICAS DA CFRD:

Enrocamento todo a jusante da zona estanque;

Não há subpressão; Não há pressão intersticial;

Recalques são pequenos;

Não requer galeria - drenagem nas ombreiras;

Bem resistente a terremoto.

A única possível causa de ruptura seria a erosão causada por

galgamento prolongado.

116

BARRAGENS DE ENROCAMENTO

Entre gravidade e terra

Componentes estruturais :

membrana impermeável - montante

dique - alvenaria de pedra bruta

blocos de rocha soltos

Exemplos - Brasil - Foz do Areia (160 m) e Segredo

117

BARRAGEM DE ENROCAMENTO

118

BARRAGEM DE ENROCAMENTO

Vantagens construtivas da CFRD com relação

a ECRD

1. Chuva não interfere na construção;

2. Não há restrições ao tráfego por regiões

especiais (núcleo e filtro no caso ECRD);

3. Construção do plinto fora da área de

enrocamento;

4. Grande flexibilidade na execução da laje.

119

ENSECADEIRAS

Estruturas temporárias para desvios de rios.

Desvio do rio durante a construção.

Custo baixo mas grande estanqueidade.

Projetadas para períodos de retorno de 25

anos.

120

Exemplos de barragens

Completar exemplos de barragens com

as transparências