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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
