OBRAS HIDRÁULICAS
BARRAGENS ORGÃOS DE CONTROLE » VERTEDOUROS » DESCARREGADORES » COMPORTAS
USINAS HIDRELÉTRICAS
ENGENHARIA ECONÔMICA (AVALIAÇÃO DE PROJETOS)
SEGURANÇA DE OBRAS 1
BARRAGENS
BARRAGEM 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 DIQUE
=
ESTRUTURA
SUJEITA
AO
DESNÍVEL
APENAS
TEMPORARIAMENTE. A PALAVRA DIQUE É TAMBÉM USADA PARA UMA BARRAGEM DE TERRA DE PEQUENA ALTURA (h<10m). ENSECADEIRA ENSECADEIRA =
ESTRUTURA
TIPO
BARRAGEM
DE
CARÁTER
TEMPORÁRIO PARA DESVIAR UM RIO DURANTE A CONSTRUÇÃO DE UMA OBRA HIDRÁULICA. 2
BARRAGENS
BARRAGEM 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 DIQUE
=
ESTRUTURA
SUJEITA
AO
DESNÍVEL
APENAS
TEMPORARIAMENTE. A PALAVRA DIQUE É TAMBÉM USADA PARA UMA BARRAGEM DE TERRA DE PEQUENA ALTURA (h<10m). ENSECADEIRA ENSECADEIRA =
ESTRUTURA
TIPO
BARRAGEM
DE
CARÁTER
TEMPORÁRIO PARA DESVIAR UM RIO DURANTE A CONSTRUÇÃO DE UMA OBRA HIDRÁULICA. 2
FINALIDADE DAS BARRAGENS
CRIAR RESERVATÓRIOS – REGULARIZAÇÃO – DETENÇÃO – RECREAÇÃO
DESVIAR CURSOS DE ÁGUA CONTROLE CHEIAS NAVEGAÇÃO (PROFUNDIDADE) CRIAR DESNÍVEL (USINAS HIDRELÉTRICAS)
3
4
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
5
BARRAGEM À GRAVIDADE
6
BARRAGEM EM ARCO
7
BARRAGEM DE CONTRAFORTE
8
BARRAGEM DE TERRA
9
10
RESERVATÓRIO DE ITAIPU
11
PERFIL – RESERVATÓRIO ITAIPU
12
BARRAGENS DE CONCRETO ITAIPU
13
BARRAGENS DE CONCRETO ITAIPU
14
BARRAGENS AUXILIARES TERRA – ITAIPU – SEÇÕES TRANSVERSAIS TÍPICAS
15
HIDROLOGIA DE ITAIPU
16
HIDROLOGIA DE ITAIPU
17
FOZ DO AREIA
18
FOZ DO AREIA
19
TIPOS DE BARRAGENS
20
BARRAGENS Rio Nilo - 4000 a. C. - Menfis
Barragem de Almanza - Espanha XVI
Hoover - Colorado - USA
Itaipu - rio Paraná - Brasil
Três Gargantas - rio Yangtse - China
21
22
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 23
EXEMPLOS GRAVIDADE, CONTRAFORTE E ARCO –
BARRAGENS À GRAVIDADE - CONCRETO • • • •
PEIXOTO JUPIÁ DIVISA JURUMIRIM
BARRAGENS CONTRAFORTE • ITAIPU • EDGARD DE SOUZA • SALTO GRANDE
BARRAGENS ARCO • FUNIL 24
EXEMPLOS BARRAGENS DE TERRA –
BARRAGENS DE TERRA • • • • • • •
CAPIVARI-CACHOEIRA ÁGUA VERMELHA ILHA SOLTEIRA GUARAPIRANGA BALBINA SAMUEL PORTO PRIMAVERA
25
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
26
27
28
29
Vista Geral
30
Vertedouro
31
Tomada d’água e condutos forçados
32
33
Casa de Força
34
35
36
TURBINAS TIPO POTÊNCIA (H=62m) POTÊNCIA NA QUEDA MÁXIMA (h=71,5m) POTÊNCIA NA QUEDA MÍNIMA (h=53,0m) RENDIMENTO MÁXIMO VALOR DE ROTAÇÃO VELOCIDADE DE DISPARO ENGOLIMENTO NOMINAL ENGOLIMENTO MÁXIMO DIÂMETRO DO ROTOR GERADORES TIPO
FUNIL FRANCIS – EIXO VERTICAL 72 000kW 77 420kW 53 000kW 93% 163 rpm 348,0 rpm 123,0m3 /s 134,0m3 /s 4,28m UMBRELLA
37
38
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 39
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)
40
FORÇAS ATUANTES Impermeáveis à água e resistentes às forças ATIVAS: W
Gravidade - peso da barragem -
Pressão hidrostática - H h e H v
Subpressão -
Sedimentos
Pressão do gelo - F i
Forças sísmicas - hidrostática E w e inércia E d
P a
41
FORÇAS ATUANTES PASSIVAS:
Atrito Reações (fundações e ombreiras) Tensões (normais, tangenciais, (escorregamento))
42
FORÇAS ATUANTES
43
PESO DA BARRAGEM Produto do volume da barragem pelo peso específico dos materiais constituintes CG - centro da área da seção transversal
W V 44
FORÇAS HIDROSTÁTICAS Atuam nos paramentos de montante montante e jusante
Componente horizontal 2
H h
h
2
CG
3
da base
h
Componente vertical
H v
V 1
CG da coluna de água
45
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
P a
h1 h2
2
t 46
SUBPRESSÃO JUNTO À FACE DE MONTANTE h1 JUNTO À FACE DE JUSANTE h2
h1
h2 a
h1
b
h2
COMO VARIA NO MEIO?
a) MENOS PERMEÁVE A MONTANTE (GRADIENTE FAVORÁVEL) b) MENOS PERMEÁVEL A JUSANTE (GRADIENTE ADVERSO)
LINEAR = K CONSTANTE (fundação homogênea) = “SUBPRESSÃO PLENA”
47
REDUÇÃO DA SUBPRESSÃO Recordar do escoamento em meios porosos q K
dh dx
em plano horizontal
dp dh dh dx
então
dp 1 . dx dp dx
q K
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
48
EFICIENCIA DA DRENAGEM 1
h '' h
subpressão com o
dreno
subpressão sem
dreno
o
Em geral K1
49
ANÁLISE EXATA E APROXIMADA DA SUBPRESSÃO
b-x H
x
h’’
h* b
50
'' * h h 1 * b x h '' h 1 H b b x * h H b h'' (b x) h'' H S x 2 2 2 1 (b x) (b x) x H (1 ) (1 ) x b b 2
1
H
2b
h ''
(1 )(b
2
2bx x 2 bx x 2 ) bx
Hb 1 x 1 b 2b 2 r x Hb (1 ) 0 e S se x b b 2 Por tan to usar r (1 ) é OK se x b!!!
H
b
2
b(b x)
51
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 2 h S h F H
S
2
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
52
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
53
PRESSÃO DO GELO
54
FORÇAS SÍSMICAS
Forças de inércia - massa da barragem x aceleração (a) provocada pelo terremoto - E d Forças de inércia horizontal e vertical (momentaneamente) Oscilações - para mais ou para menos 4h nas pressões hidrostáticas – E w CG 3 do fundo
E w
0,555k h
2
k a / g
55
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
56
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. 57
DESVIO DO RIO
58
59
ANÁLISE DE ESTABILIDADE I. II. III. IV. V.
CONDIÇÃO NORMAL (NA=MAX. NORMAL) CONDIÇÃO DE CHEIA DE PROJETO TERREMOTO RESERVATÓRIO ASSOREADO SEM RESERVATÓRIO (CONDIÇÃO EM CONSTRUÇÃO)
PARA CADA CASO VERIFICAR a) TOMBAMENTO b) ESCORREGAMENTO c) ROMPE, QUEBRA, ESFARELA TENSÕES NORMAIS TENSÕES TANGENCIAIS
60
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 61
RUPTURAS NAS BARRAGENS DE GRAVIDADE
Escorregamento ao longo plano horizontal
Rotação em torno do pé da barragem
Ruptura do material 62
ESTABILIDADE DAS BARRAGENS DE GRAVIDADE
Fica no lugar? Tombamento e escorregamento
Não esfarela? Tensões de cisalhamento Tensões normais
Efeito da variação da temperatura 63
BARRAGENS À GRAVIDADE (CONCRETO) Simplificação (forma triangular) V1
x1 m W
H1
1 xw
y1
V2 x2 H2
xs
S
y2
r=50% L V V1 V2 W S H H1 H 2 M Wx w V1 x 1 V2 x 2 H 2 y 2 (H 1 y 1 Sx 3 )
64
PARA ANÁLISES PRELIMINARES MUITAS VEZES USAM-SE SIMPLIFICAÇÕES COMO: a) FORMA TRIANGULAR W
mH 2
2
C
xW
m
2
mH 3
b) PARAMENTO VERTICAL V1=0 c) ÁGUA SÓ A MONTANTE V2=H2=0
mH
(TODAS ESTAS HIPÓTESES SÃO A FAVOR DA SEGURANÇA)
65
d) SUBPRESSÃO IGUAL S
H ( mH ) 2
r
mH 2
SUBPRESSÃO PLENA VEZES r EM TODA EXTENSÃO
2
r
xS
2
mH 3
(CONSERVADORISMO DEPENDE DE “r”!) r = coeficiente de Maurice-Lévy EMPUXO HIDROSTÁTICO H1
H2 2
y1
1
H 3
Todos os cálculos são feitos por m de largura.
66
NESTE CASO TEM-SE: V W S H
mH 2
2
C
mH 2
2
R
mH 2
2
( C R )
H 2
2
mH 2 2 mH 2 2 H 2 1 C mH R mH H M 2 3 2 3 2 3 1 1 1 M m 2 H 3 C m 2 H 3 r 2 3 3 2m
M R
M t
a) TOMBAMENTO S t
M R M T
m
c
r
2m 1
2
c 2,4
2
1 c
para
2r
r=1 r = 0,5 r = 0,2
m 1,58 m 0,84 m 0,71 67
b) ESCORREGAMENTO V 1,5 H mH 2 C r 2 c r S e m 2 H S e
2
EM GERAL =0,85 (CONCRETO/ROCHA) 1
c 1,76 r m 0,85 2,4 r 1,5
r=1 r = 0,5 r = 0,2
m 1,26 m 0,92 m 0,80
68
c)TENSÕES c.1) CIZALHAMENTO
H A
H
2
2
mH
H
2m
<7,8.105 Pa (8Kp/cm2)
CONCRETO m
9810 H
2 7,8.10 5
0,006 H
H=100m m>0,6 (não é crítico – tração) H c.2) TENSÃO NORMAL V V.e V R J A
no caso: d
M M M V V R
mH
2 3
J
T
m H
12
3
J
2
m H
2
6
e
d 69
1 d
e
2 3
M R
M
T
V
3
3
c
c
2
mH 1
r 2m 3 1 2 mH r
2
m H
2m 2 r
c
d
1 6
mH
H
3m c / r
1 1 H 2 mH r mH 6 2 3m r V e c
c
J
1
6
H
2
r
2
H
c
m
2
V V e
1
mH
2
J
A
2
m H
2
r H H r 2 c
2
mH
c
m
H
2
r r H
c
2
c
H m
2
70
rH H C 2 1 m H 2 m 2 1 1 H C r 2 m 2 H
1 m
1 0
1 m2
0,84 m 0,72 1 2 2 m
2
2
C 1,4 r 1,9 (r 1) (r 0,5)
(r 1) (r 0,5)
c 1 1 r 2 2 m m
2,4 r m
2 2,4 r
1,2 1,02 71
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 !!!
72
VERIFICAÇÃO ESTABILIDADE BARRAGEM TRIANGULAR
HIPÓTESE
=0,65
(ATRITO)
SUB-PRESSÃO PLENA c=2400Kgf/m3
H
B m=0,5
m=0,845
m=1,0
TENSÕES NORMAIS 1=-2600H 2=4000H TENSÃO DE c12=1000H CIZALHAMENTO TOMBAMENTO ST=0,80 ESCORREGAMENTO SE=0,46 EXCENTRICIDADE eD=+0,393H FORA DO OBS NÚCLEO
m=1,5
m=2,0
1=0 2=+1400H c12=591,7H
1=+400H 2=+1000H c12=500H
1=+955,5H 2=444,4H c12=333,3H
1=+1150H 2=+250H c12=250H
ST=1,41 SE=0,77 eD=+0,141H
ST=1,60 SE=0,91 eD=+0,071H
ST=1,96 SE=1,36 eD=-0,091H
ST=2,13 SE=1,82 eD=-0,214H
NO EXTREMO DO NÚCLEO CENTRAL
73
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 74
BARRAGEM DE CONTRAFORTE
75
BARRAGENS CONTRAFORTE
IDÉIA BÁSICA: ECONOMIZAR CONCRETO – TIPOS: • AMBURSEN • ARCO MÚLTIPLO • COGUMELO
CONTRAFORTE REDUZ MUITO A SUBPRESSÃO
subpressão só sob os contrafortes 76
100 90 80 70
AMBURSEN ARCO MÚLTIPLO COGUMELO GRAVIDADE
A 60 R U 50 T L A 40
30 20 10 0 0
300
600
900
1200
1500
1800
2100
CONCRETO
77
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 78
TIPO AMBURSEN
Laje armada
40-50O
ESPAÇAMENTO CONTRAFORTE 5-12m COMPENSA PESO POR EMPUXO VERTICAL ~ ORDEM (HORIZONTAL) 79
ARCOS MÚLTIPLOS
arco
DISTÂNCIA ENTRE CONTRAFORTES
7-20m 80
COGUMELO
MAIS MACIÇO MENOS ECONOMIA CONCRETO MAIS FÁCIL DE EXECUTAR
AMBURSEN
POUCO USADO HOJE
COGUMELO
PROJETO MAIS RECENTE (ITAIPU)
ARCO MÚLTIPLO
ESTRUTURA MUITO BONITA
81
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 45 o 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)
82
laje 1m borda
1
0,5
1
1 Contra forte
Drenagem Subpressão só aqui
Base total: 46,9m
83
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
84
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 85
BARRAGEM EM ARCO
86
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)! 87
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?
88
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! 89
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 t
b 2r sen
2
2R sen H hb 2
h 1m
R sen hr sen
2 2 R t1 (arco fino ) hr t adm
90
VOLUME MÍNIMO (será deduzido em aula): V A.l ( t.1) r . b t
hr h 2 b r sen sen 2 2 2 b
b V
h 2 2 sen sen 2
2 2
hb min V 4 sen 2 sen cos dV hb 2 2 0 2 d 4 2
2
sen
sen
sen 2
2
2
cos tg 133 2
2
2
2
2
o
34 '
em radianos 2 91
BARRAGENS DE TERRA (material não monolítico = solo, enrocamento, ...) Barragens de terra Homogêneas (solo) Não homogêneas Núcleo argila Barragens de enrocamento (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
92
BARRAGENS DE TERRA Solo escavado (sem parte orgânica) Transporte (caminhão) Lançamento em camadas (10-50cm) Compactação (pé carneiro, rolo pneumático) TALUDES Boa fundação
Fundação fraca
H<12 H=12-25 H=25-60 H>60 H<20 H>20
1:2,5 1:3,0 1:3,5 1:40 1:4,0 1:5,0
PROTEÇÃO COM EROSÃO SUPERFICIAL Enrocamento (rip/rap) [montante] Grama [jusante] Zoneamento (barragem não homogênea) Silte argilaenrocamento filtros 93
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 94
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 95
96
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 97
Largura topo: B=
(H/5)+3,5 7,5m (estrada)
PROJETO TÍPICO: a) Fundação Impermeável
1
2
3
k1
b) Fundação Permeável
2
1
3
cutoff
2
3
tapete estaca
até injeção
1
40m
prancha
“funda”
98
PERCOLAÇÃO PASSAGEM DE ÁGUA PELO CORPO DA BARRAGEM E PELAS FUNDAÇÕES MÉTODO DE ANÁLISE REDES DE CORRENTE (escoamento potencial bidimensional)
LINHAS CORRENTE
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
99
100
SUPERFÍCIE FREÁTICA (Traçado parabólico = Casagrande) AB=0,3CB ; AD=Af
C
A
H
B
D
y ajustes
A’ 2
AD A' f
diretriz y f (foco)
H 2
AD A' f 1 a 180 y Z o a 1 cos 400 o 0,37 30 o ou a 0,34 45 0,32 60o 180 a 0
Z o
30o y B 2 H 2 B 2 H 2 cot 2
101
VAZÃO DE PERCOLAÇÃO Lei de Darcy: H L A n ( para um tubo de corr .) H em 2D : H nS L s n ( por construção) q A.K .
q nK
H
nS
/ n
q
nn nS
KH
q n n q
H q q
nn
q
nS 102
REDES DE FLUXO - PERCOLAÇÃO
103
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 104
VELOCIDADE DE PERCOLAÇÃO
Princípio da continuidade entre duas linhas de corrente
N L
q q v D L
Lei de Darcy
v k
h
D
k
h
q k h N D
L 105
PERCOLAÇÃO E REDE DE FLUXO
106
ESTABILIDADE DE BARRAGENS DE TERRA
Círculo sueco - Mecânica dos solos
107
PROJETO DE FILTROS CRITÉRIOS: D filtro 1) D material 5...40 15
15
2) Material do filtro não pode conter mais de 5% de finos < 0,074mm (# 200) 3) 4)
D15 filtro D85 material
5
D85 filtro d [ abertura dreno]
2
5) curva granulométrica do filtro aproximadamente paralela da do material. “Material” = aterro ou filtro + fino adjacente
108
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.
109
ESTABILIDADE TALUDE MÉTODO DO “CÍRCULO SUECO” MOMENTO DESLIZANTE: MD=Pixi MOMENTO RESISTENTE: MR=LiT =c+(-u)tg
[COULOMB]
PARA AREIA PARA ARGILA
c=0 c=1000 ... 12000Kp/m2 (10 ... 120 KPa)
CONSIDERAR VARIOS POSSÍVEIS CÍRCULOS DE ESCORREGAMENTO E VERIFICAR QUAL O MENOR COEFICIENTE DE SEGURANÇA.
110
111
BARRAGENS DE ENROCAMENTO ATUALMENTE DOIS TIPOS
ECRD – “Earth core rockfill dam” – SO e SS CFRD
– “Concrete face rockfill dam”) – FA
e SG
112
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
113
SEÇÃO TÍPICA: 1A - solo impermeável 2 – brita graduada e compactada 3A – pedra pequena 3B – enrocamento camada 1m 3C - enrocamento camada 2m 3D - enrocamento jogado 1B – proteção enrocamento
laje
1B
1A
2 3B 3A
3C
3D
plinto
114
PONTO CRÍTICO: (P/ VAZAMENTO)
PLINTO 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. 115
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 116
BARRAGEM DE ENROCAMENTO
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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. 118
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. 119
