Aula Projeto de Barragens Frp [Modo de Compatibilidade]

PROJETO DE BARRAGENS

• Professor Engº Nilton Nazar

PROJETOS DE BARRAGENS

Tipos de barragens

Os principais tipos de barragens não rígidas são:

1. Barragens de terra1. Barragens de terra2. Barragens de enrocamento

http://www.carisia.com.br/barragensG-Aula3-projetodebarragens.pdf


1. Barragens de Terra

São as constituídas de solos de jazidas ou obtidos das escavações obrigatórias, as quais são compactadas por equipamentos mecânicos em camadas de espessura equipamentos mecânicos em camadas de espessura determinada.

Essas barragens se dividem em três classes:



a) BARRAGEM HOMOGÉNEA: constituída de um único material.

Seção máxima – Detalheshttp://www.carisia.com.br/barragensG-Aula3-projetodebarragens.pdf


b) BARRAGEM ZONEADA: constituída por um solo impermeável entre zonas de solo permeável. material.

� Areia e pedregulho na parte externa� Camadas funcionam como drenos� Não há necessidade do revestimento dos taludes� Maior estabilização devido aos ângulos de atrito

internos maiores.



c) BARRAGEM MISTA (diafragma): constituída de vários tipos de materiais tais como argila, areia, brita, blocos de pedra.

- Núcleo - material impermeável.

- http://www.carisia.com.br/barragensG-Aula3-projetodebarragens.pdf


2. Barragens de enrocamento

São constituídas por um maciço de blocos de rocha de todos os tamanhos cuja vedação é obtida através de uma membrana impermeável. A membrana pode ser colocada à montante ou impermeável. A membrana pode ser colocada à montante ou no centro da barragem, verticalmente ou inclinada, e ela pode ser de solo impermeável, concreto armado, concreto asfáltico, aço e etc.



3. Dimensionamento de Barragem

Requisitos básicos:

Projetar a barragem a mais econômica possível.� Projetar a barragem a mais econômica possível.� Projetar a barragem segura e funcional.

Material de construção:

� Princípio do controle de fluxo - vedação e drenagem� Princípio da estabilidade� Princípio da compatibilidade das deformações� http://www.carisia.com.br/barragensG-Aula3-projetodebarragens.pdf

PROJETOS DE BARRAGENS http://www.carisia.com.br/barragensG-Aula3-projetodebarragens.pdf

a) Altura da barragem, H:

Onde:Cc = cota do coroamentoCF - cota da fundação (talweg)hA = altura de acumulação = soleira do sangradouroHs = altura da lâmina de sangriaF= folga


Determinação de hA:

Bacia Hidráulica - curvas de nível - planímetro ou coordenadas(computador)


Diagrama cota x área x volume

OU:


1°Caso:

Deseja-se acumular um dado volume d'água.Primeiro passo: volume afluente anual (hA) - da Hidrologia (cheias Hs ; Ventos F )(cheias Hs ; Ventos F )Segundo passo: Topografia: H = ha+Hs+FÉ compatível (permite)?



2°Caso:

Deseja-se o aproveitamento total do vale.Primeiro passo: Topografia H - ocupação de todo o boqueirão.Calcula-se F e Hs .Calcula-se F e Hs .Segundo passo: Hidrologia hA = H-(F + HS)O volume afluente,anual de contribuição é compatível?



Declividade dos Taludes:

Talude NaturalTalude Natural

Talude de aterroTaludes de cortes em terreno natural são mais íngremes do que os de aterro.Variação dos taludes em barragens: - 1 :2 a 1 :4


- Escolhidos de forma a garantir a estabilidade da barragem.

Declividade (1 : m ) para os taludes de montante e jusante.

Fatores que influem na determinação de m:1- Características de coesão (c) e ângulo de atrito interno (Φ) do solo.1- Características de coesão (c) e ângulo de atrito interno (Φ) do solo.2- Capacidade de carga do solo de fundação.3- Taxa de dissipação das pressões neutras.

A experiência comprovada em diversas barragens construídaspossibilitou a elaboração de um quadro que fornece os valores de mpara os vários casos de situações e materiais diferentes.


(l) Para pequenas barragens homogéneas: (H < 15 m)


Nomenclatura:G - gravel (pedregulho), S - sand (areia), M - silte (moan), C – clay (argila),

W - well (bem), P - poorly (mal), H - hígh (alta), L - low (baixa).

Esvaziamento rápido: > 15 cm/dia

É função da tomada d'água - evaporação simples não influi (≡ 1,8 cm/dia)

Taludes:� Montante: barragem saturada (-) peso da água� Jusante: Não é afetado

Classificação dos solos: U.S.C (nomenclatura)� Granulometria - ensaios de peneiramento (areia e pedregulho)� Plasticidade (argila e silte)


(II) Para grandes barragens homogeneas: (H >15 m)

A análise de estabilidade para as situações críticas a que a barragem poderá estar submetida usando os parâmetros dos solos determinados em laboratório é uma das maneiras mais seguras para a definição de m(medida horizontal).Ensaios para determinação de c e (Φ):Ensaios para determinação de c e (Φ):Especiais: resistência ao cisalhamento direto, simples e triaxial.

Situações críticas da barragem:1. Final de construção2. Em operação3. Esvaziamento rápido

Métodos de cálculo de estabilidade de taludes:� das fatias - Bishop� das cunhas - Morgenstern & Price


Largura do coroamento:

Fatores que influem no dimensionamento:� Natureza do material compactado (material de construção)� Comprimento de percolação� Comprimento de percolação� Trabalhabilidade (facilidade de construção)� Passagem ou não de rodovias sobre a barragem� Possibilidade de terremotos� Altura da barragem


Fórmulas usuais para o cálculo (empíricas):a) Bureau of Reciamatlon:a) Bureau of Reciamatlon:

b) Knappen:

c) Preece:

Larguras mínimas:� U.S. Bureau of Reclamation - 6,0 m� DNOCS-4,Om (H< 10,00m)


Exercício:Para H = 10 m (pequena barragem) Pequena variação:

(mais utilizada no Nordeste - menor valor)

Para H = 100 mMaior variação:


Folga

Diferença entre o nível máximo da água e a cota de coroamento.Finalidade: evitar que as ondas venham transpor a barragem.

Onde:h = altura das ondas (m)v = velocidade das ondas (m/s)g = aceleração da gravidade (m²/s)


Fetch: é a maior distância em linha reta, por cima do espelho d'água a partir da barragem.

Fórmulas de Stevenson:

Onde: L = fetch


Fórmulas de Gaillard:


Fórmulas de Molitor (mais precisas):

Onde:v' = velocidade dos ventos, em km/hv' = velocidade dos ventos, em km/h


Exercício:Calcular a folga para uma barragem que tem um fetch de 25 km. (L = 25 km)


Valores da folga em função do fetch (USBR):


Revanche:

É a diferença de cota entre a soleira do sangradouro e o coroamento:


Proteção dos taludes e coroamento:

1) Talude de montante:Agentes de ataque:- Ventos; ondas; chuvas (impacto e fluxo)

Proteções (tipos):- Rip-rap lançado- Rip-rap arrumado- Placas de concreto- Pedras rejuntadas- Asfalto- Bica-corrida


Rip-rap lançado: acomodação por impacto dinâmico

Rip-rap arrumado:


Enrocamento:Amortece o choque das ondas

Filtro (transição) - (areia grossa ou pedregulho):Amortece o choque e impede o carreamento de material fino do maciço.

Dimensionamento do rip-rap:


Enrocamento (e1):Segundo o TVA (Tenessee Valley Authority)

Onde:e1 = espessura do rip-rap (m)e1 = espessura do rip-rap (m)c = coeficiente função da inclinação do talude e da densidade da rocha.v = velocidade das ondas


Determinação de ‘c”

50 % do enrocamento deve ser constituído por pedra com peso superior a:


Exemplo:D50 = 60 cm 50% das pedras têm dimensão menor que 60 cm

P50 = 0,2 ton 50% das pedras tem peso menor que 0,2 ton


Filtro (e2):

e2 = 0,20 a 0,30 m

Para:h < 1,50 m D85 = 2,5 cmh < 1,50 m D85 = 2,5 cmh > 1,50 m D85 = 5,0 cm h = altura das ondas

Dizer que D85 = 2,5 cm, significa que 85 % dos grãos que compõem o filtro têm diâmetro menor que 2,5 cm


U.S. Army Corps:

D50 = diâmetro de 50 % dos blocos de pedra do enrocamento.


U.S. Bureau of Reclamation:


Exercício:Dados:Talude: 1:3δ = 2,65 L = 25 km c = 0,025Solução:1) e = cv²1) e = cv²

v= 1,5 + 2h (m/s)h = 0,34 (L)^(1/2)h = 0,34(25)^(1/2) = 0,34x5 = 1,7mv = 1,5 + 2 x 1,70 = 4,9 me = 0,025 x (4,9)² = 0,6 mP = 0,52 δe³P50 = 0,52 x 2,65 x (0,6)³ = 0,3 ton


Pela tabela do U.S. Army Corps: e = 0,55 m D50 = 0,4 mCubo: P50 = 2,65 x 0,43 = 0,17 tonParalelepípedo: P50 = 2 x 0,17 = 0,34 ton.


Talude de jusante:

Agentes de ataque:- Chuvas (impacto e fluxo);- Pisoteio de animais;

Proteção (tipos)- Plantio de espécies vegetais (grama, salsa, etc) - regional.- Camada de pedra (regiões muito secas, 0,30 m de brita ouseixos rolados).- Drenagem superficial.


Drenagem superficial (para barragens maiores):Dimensionamento é função das descargas devido àsprecipitações pluviométricas, escoamento superficial,permeabilidade da bacia, área de contribuição, declividade doterreno.


Coroamento:Agentes de ataque:- Chuvas (impacto e fluxo);-Ventos-Pisoteio de animais;-Tráfego de veículos; etc.-Tráfego de veículos; etc.

- Proteção (tipos):

� Para pequenas barragens:� Camada de pedrisco,� Camada de piçarra (0,30 m), etc.Declividade de 1 % a partir do eixo na direção dos paramentos.


� Para barragens maiores: (com passagem de rodovia)� Pavimentação,� Meio-fio,� Guarda-corpo,� Acostamento,

Iluminação, etc.� Iluminação, etc.


Drenagem Interna do maciço:

Elemento vital na segurança de uma barragem.

Finalidades:

1. Captar e levar para jusante todas as águas de infiltração pelomaciço da barragem e pelas fundações.

2. Proteger o aterro contra o "piping" (fissuramentos, contatos),contra gradientes de percolação elevados junto ao pé de jusante da barragem (levantamento).


3. Evitar a saturação do talude de jusante (queda da resistência ao cisalhamento com a saturação) redução das pressões intersticiais dentro do aterro/fundações.

Ações:

Percolação da água de maneira descontrolada afeta a estabilidade aumento excessivo de subpressões e perda de suporte por erosão interna (carreamentos ruptura).


Infiltrações Perigosas:- Fissuramentos provocados por recalques diferenciais.- Vazamentos ao longo do contato do núcleo com a fundação.- Vazamentos pelas encostas.- Fissuramentos horizontais causados por transferência de cargado núcleo para os espaldares.do núcleo para os espaldares.- Recalques diferenciais.- Causa físico-química defloculação das argilas dispersivas.

Cálculo da vazão Lei de Darcy (fluxo laminar).


Efeitos:

1. Redução dos custos taludes mais íngremesQuanto menor a capacidade drenante mais alta a linha de saturação menores os coeficientes de segurança ao deslizamento adoção de taludes mais brandos.deslizamento adoção de taludes mais brandos.

2. Escolha do tipo de drenagem:a. Permeabilidade do maciço e fundaçãob. Características do material drenante disponível.


Exemplos de sistemas de drenagem interna:

Tapete drenante:

- Fundação relativamente uniforme.- Maciço:- Maciço:- Não são eficientes para maciços estratificados.- Saturação no pé.


Filtro vertical (com tapete):

- Intercepta qualquer fissuração do maciço e coleta os fluxosatravés das fissuras.- Espessura « 0,90 a 2,00 m (areia compactada)


Filtro inclinado:

Vantagem:- elimina riscos de trincas longitudinais na crista dabarragem apoiada em fundações rígidas.- Consumo menor de areia.Desvantagem: - difícil execução.


Dreno de pé (rock-fill):

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