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Barragem Hidrologia Aplicada Equipe: Alcineia da Silva Aguiar Daiana Góes Cavalcante Lourdes Cristina Jéssica Almeida Cabral Universidade Federal do Amazonas Engenharia Civil

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Universidade Federal do Amazonas Engenharia Civil

Hidrologia Aplicada

Equipe: Alcineia da Silva Aguiar Daiana Ges Cavalcante Lourdes Cristina Jssica Almeida Cabral

Estudos Bsicos Necessrios ao Projeto de uma Barragem 1 - Topogrficos 2 - HidrolgicosDelimitao

3 - Climticos 4 - Geolgicos 5 - Geotcnicos 6 - Scio Econmicos 7 Ecolgicos 8 - Agrolgicos

1 - ESTUDOS TOPOGRFICOSa) Objetivo: - Locao do eixo barrvel, boqueiro e interpretao

de curvas de nvel. - Determinao das bacias hidrogrfica e hidrulica

(reas).

Bacia hidrulica Curva cota rea volume

Da o Pr-dimensionamento fica:

b) Generalidades: Topografia: determina o contorno, dimenso e

posio relativa de uma poro limitada da superfcie terrestre, sem levar em conta a curvatura resultante da esfericidade terrestre.

c) Fatores topogrficos que influenciam no projeto de barragens: c.1) Declividades das ombreiras: c.2) Distncia e relevo das jazidas de materiais de

construo e seus acessos: c.3) Geometria longitudinal das encostas: c.4) Depresses no fundo rochoso do rio: influencia na

posio do eixo do macio principal e da ensecadeiras.

d) Mapeamento geral: a primeira avaliao das caractersticas da bacia hidrogrfica, locaes, exploraes, situaes dos emprstimos, pedreiras, rede viria e eltrica.Disponibilidade de mapas: - rgos Federais - IBGE - SUDENE - rgos Estaduais e Municipais - Fotografias Areas (esterescpio) - Fotografias de Satlites

e) Plantas Topogrficas necessrias para o Projeto de

Barragens:

2 - ESTUDOS HIDROLGICOS1) Objetivo: Definio das caractersticas hidrulicas da obra. 2) Investigaes Hidrolgicas: a) O rendimento hdrico do rio b) A capacidade do reservatrio (evaporao, perdas eventuais,

evapotranspirao, infiltrao, etc)

c) A quantidade d'gua necessria para as finalidades da obra d) A taxa anual de deposio de sedimentos no reservatrio e) A intensidade e freqncia das cheias (capacidade do sangradouro) f) As condies da gua subterrnea (tipo de fundao)

Bacia hidrulica = bacia de acumulao Bacia hidrogrfica = bacia de contribuio Bacia hidrogeolgica = fornecimento dgua para a bacia

atravs de infiltrao.

3) Fases de um Estudo Hidrolgico: a) Coleta e reconhecimento de dados existentes; b) Verificao dos dados existentes e obteno de novos

dados ;

c) Estudos metodolgicos, estatstico-probabilsticos para a

definio das leis que regem a participao dos fenmenos hidrolgicos no projeto.

4) Mtodos Hidrolgicos para Dimensionamento das Obras: - Racional: Leis hidrolgicas deduzidas dos dados

disponveis (Rippl, Aguiar) modelo determinstico - Correlao: Utilizao de dados de uma regio

semelhante. - Emprico: Especfico do local. - Modelos Estocsticos: Sries sintticas (gerao),

Simulao do balano hdrico, Estimativa de vazes regularizadas, sangradas e evaporadas, Diagrama triangular de regularizao.

5) Determinao da Capacidade do Reservatrio: Mtodo Racional:Segundo o Engenheiro Francisco Aguiar (IFOCS): O rendimento pluvial da bacia, R%, pode ser dado por:

E o volume afluente:

6) Determinao da cheia mxima de projeto:

7) Dimensionamento do sangradouro:

Generalidades: - Tipos de barragens 2 - Barragens de terra

3 - Barragens de enrocamento 4 - Dimensionamento da barragem (MACIO)

1 - Tipos de barragensOs principais tipos de barragens no rgidas so: - Barragens de terra - Barragens de enrocamento

2 - Barragens de terra:So as constitudas de solos de jazidas ou obtidos das escavaes obrigatrias, as quais so compactadas por equipamentos mecnicos em camadas de espessura determinada. Essas barragens se dividem em trs classes: a) BARRAGEM HOMOGNEA: constituda de um nico material.

Seo mxima Detalhes

b) BARRAGEM ZONEADA: constituda por um solo

impermevel entre zonas de solo permevel.

- Areia e pedregulho na parte externa - Camadas funcionam como drenos - No h necessidade do revestimento dos taludes - Maior estabilizao devido aos ngulos de atrito internos maiores.

c) BARRAGEM MISTA (diafragma): constituda de

vrios tipos de materiais tais como argila, areia, brita, blocos de pedra.

- Ncleo material impermevel.

3 - Barragens de enrocamento:So constitudas por um macio de blocos de rocha de todos os tamanhos cuja vedao obtida atravs de uma membrana impermevel. A membrana pode ser colocada montante ou no centro da barragem, verticalmente ou inclinada, e ela pode ser de solo impermevel, concreto armado, concreto asfltico, ao e etc.

4 - Dimensionamento da Barragem:Requisitos bsicos: - Projetar a barragem a mais econmica possvel. - Projetar a barragem segura e funcional.

Material de construo: - Princpio do controle de fluxo - vedao e drenagem - Princpio da estabilidade - Princpio da compatibilidade das deformaes

a) Altura da barragem, H:

Revanche:

Assim:

Diagrama cota x rea x volume

Ou:

Primeiro Caso:

Deseja-se acumular um dado volume dgua.

Segundo Caso:

Deseja-se o aproveitamento total do vale.

a) Declividade dos taludes:

Taludes de cortes em terreno natural so mais ngremes

do que os de aterro. Variao dos taludes em barragens: 1:2a1:4 Escolhidos de forma a garantir a estabilidade da barragem.

Declividade (1:m) para os taludes de montante e jusante. Fatores que influem na determinao de m: 1 - Caractersticas de coeso (c) e ngulo de atrito interno () do solo. 2 - Capacidade de carga do solo de fundao. 3 - Taxa de dissipao das presses neutras.

A

experincia comprovada em diversas barragens construdas possibilitou a elaborao de um quadro que fornece os valores de m para os vrios casos de situaes e materiais diferentes. (I) Para pequenas barragens homogneas: (H < 15 m)

Nomenclatura: G gravel (pedregulho), S sand (areia), M silte (moan), C clay (argila), W well (bem), P poorly (mal), H high (alta), L low (baixa).

Esvaziamento rpido: > 15 cm/dia

funo da tomada dgua evaporao simples no

influi ( 1,8 cm/dia)

Taludes: - Montante: barragem saturada () peso da gua - Jusante: No afetado Classificao dos solos: U.S.C (nomenclatura) - Granulometria ensaios de peneiramento (areia e

pedregulho) - Plasticidade (argila e silte)

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

A anlise de estabilidade para as situaes crticas a que a

barragem poder estar submetida usando os parmetros dos solos determinados em laboratrio uma das maneiras mais seguras para a definio de m. Ensaios para determinao de c e : Especiais: resistncia ao cisalhamento direto, simples e triaxial.

Situaes crticas da barragem:

1. Final de construo 2. Em operao 3. Esvaziamento rpido Mtodos de clculo de estabilidade de taludes: - das fatias - Bishop

- das cunhas Morgenstern & Price

c) Largura do coroamento:

Fatores que influem no dimensionamento: - Natureza do material compactado (material de

construo) - Comprimento de percolao - Trabalhabilidade (facilidade de construo) - Passagem ou no de rodovias sobre a barragem - Possibilidade de terremotos - Altura da barragem

Frmulas usuais para o clculo (empricas):

d) Folga:

Diferena entre o nvel mximo da gua e a cota de coroamento. Finalidade: evitar que as ondas venham transpor a barragem.

Fetch: a maior distncia em linha reta, por cima do espelho d'gua a partir da barragem.

Frmulas de Stevenson:

Frmulas de Gaillard:

Frmulas de Molitor (mais precisas):

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

e) Revanche: a diferena de cota entre a soleira do sangradouro e o coroamento:

f) Proteo dos taludes e coroamento: a diferena de cota entre a soleira do sangradouro e o coroamento:f.1) Talude de montante: Agentes de ataque: Ventos; ondas; chuvas (impacto e fluxo)

Protees (tipos): - Rip-rap lanado - Rip-rap arrumado - Placas de concreto - Pedras rejuntadas - Asfalto - Bica-corridaf.2) Talude de jusante: Agentes de ataque: - Chuvas (impacto e fluxo); - Pisoteio de animais;

Proteo (tipos) - Plantio de espcies vegetais (grama, salsa, etc) - regional. - Camada de pedra (regies muito secas, 0,30 m de brita ou seixos rolados). - Drenagem superficial.

Drenagem superficial (para barragens maiores):

Dimensionamento funo das descargas devido s precipitaes pluviomtricas, escoamento superficial, permeabilidade da bacia, rea de contribuio, declividade do terreno.

f.3) Coroamento: Agentes de ataque: - Chuvas (impacto e fluxo); - Ventos - Pisoteio de animais; - Trfego de veculos; etc. -Proteo (tipos):

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

Para barragens maiores: (com passagem de rodovia) Pavimentao, Meio-fio, Guarda-corpo, Acostamento, Iluminao, etc.

Drenagem Interna do macio:

Elemento vital na segurana de uma barragem.

Finalidades: 1. Captar e levar para jusante todas as guas de

infiltrao pelo macio da barragem e pelas fundaes. 2. Proteger o aterro contra o piping (fissuramentos,

contatos), contra gradientes de percolao elevados junto ao p de jusante da barragem (levantamento).

3. Evitar a saturao do talude de jusante (queda da

resistncia ao cisalhamento com a saturao) reduo das presses intersticiais dentro do aterro/fundaes. Aes: Percolao da gua de maneira descontrolada afeta a

estabilidade aumento excessivo de subpresses e perda de suporte por eroso interna (carreamentos ruptura).

Infiltraes Perigosas: - Fissuramentos provocados por recalques diferenciais. - Vazamentos ao longo do contato do ncleo com a

fundao. - Vazamentos pelas encostas. - Fissuramentos horizontais causados por transferncia de carga do ncleo para os espaldares. - Recalques diferenciais. - Causa fsico-qumicadefloculao das argilas dispersivas.

Clculo da vazo Lei de Darcy (fluxo laminar).

Efeitos: 1. Reduo dos custos taludes mais ngremes ; Quanto menor a capacidade drenante mais alta a

linha de saturao menores os coeficientes de segurana ao deslizamento adoo de taludes mais brandos. 2. Escolha do tipo de drenagem: a. Permeabilidade do macio e fundao b. Caractersticas do material drenante disponvel.

Obrigado(a).