Barragens

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Barragens

  1. 1. BUREAU OF RECLAMATION BRASIL6MANUAL DE Avaliação de Pequenas BarragensIRRIGAÇÃO BRASÍLIA - DF 2002
  2. 2. Todos os Direitos ReservadosCopyright © 2002 Bureau of ReclamationOs dados desse Manual estão sendo atualizados por técnicos do Bureau of Reclamation.Estamos receptivos a sugestões técnicas e possíveis erros encontrados nessa versão. Favorfazer a remessa de suas sugestões para o nosso endereço abaixo, ou se preferir por e-mail.1ª Edição: Setembro de 19932ª Edição: Dezembro de 2002Meio EletrônicoEditor:BUREAU OF RECLAMATIONSGA/Norte - Quadra 601 - Lote I - Sala 410Edifício Sede da CODEVASFBrasília - DFCEP - 70830-901Fone: (061) 226-8466 226-4536Fax: 225-9564E-mail: burec2001@aol.comAutoresPeter J. HradilekEngº Civil – Especialista em Barragens – “Bureau of Reclamation”Anexo 1 – Dimensionamento de Pequenos AçudesBenedito José Zelaquett Seraphin – SUDENE – Chefe do GT. HME Coordenação AdministrativaEric Cadier – SUDENE / ORSTON – Hidrologia / Dimensionamento – Coordenação TécnicaFlávio Hugo Barreto B. Silva – EMBRAPA – Classificação Hidropedológica das BaciasJean Claude Leprun – EMBRAPA – Classificação Hidropedológica das BaciasJacques Marie Herbaud – SUDENE / ACQUAPLAN – HidrologiaFrederico Roberto Doherty – SUDENE / IICA – Hidrologia / ModelizaçãoPaulo Frassinete de A. Filho – SUDENE / IICA – HidrologiaFrancois Molle – SUDENE / COOPERAÇÃO FRANCESA – Dimensionamento / Manejo da ÁguaCarlos Henrique Cavalcanti de Albuquerque – SUDENE / CISAGRO – Computação / ModelizaçãoPaulo Henrique Paes Nascimento – SUDENE / CISAGRO – Computação / ModelizaçãoMarc Montgaillard – SUDENE / ORSTOM – Computação / ModelizaçãoEquipe Técnica do Bureau of Reclamation no BrasilCatarino Esquivel - Chefe da EquipeRicardo Rodrigues Lage - Especialista AdministrativoEvani F. Souza - Assistente AdministrativoRevisão Técnica:CODEVASF / DNOCS / DNOS / SUDENE / ESTADOS – Vários EspecialistasComposição e Diagramação:Print Laser – Assessoria Editorial LtdaFicha Catalográfica:Avaliação de pequenas barragens / Peter J.Hradilek ....[et al.]. — Brasília: Bureau of Reclamation, 2002 74 p. : il. (Manual de Irrigação, v.6) Trabalho elaborado pelo Bureau of Reclamation, do Departa-mento de Interior, dos Estados Unidos, por solicitação do Minis-tério da Integração Nacional do governo brasileiro.1. Barragem – avaliação. I. Hradilek, Peter J. II. Série. CDU 627.82.004.15
  3. 3. Avaliação de Pequenas Barragens APRESENTAÇÃO Em maio de 1986, o Banco Mundial aprovou um Contrato de Empréstimo para a elaboração de estudos e projetos de irrigação no Nordeste do Brasil. O Contrato inclui recursos para assistência técnica à Secretaria de Infra-Estrutura Hídrica e, para isto, foi assinado - em novembro de 1986 - um acordo com o “Bureau of Reclamation”, do Depar- tamento do Interior, dos Estados Unidos. A assistência abrange a revisão de termos de referência, estudos básicos, setoriais e de pré-viabilidade; projetos básicos e executivos; especificações técnicas para constru- ção de projetos de irrigação; critérios, normas e procedimentos de operação e manuten- ção de projetos de irrigação; apresentação de seminários técnicos; acompanhamento da construção de projetos; formulação de recomendações de políticas relativas ao desenvol- vimento da agricultura irrigada. O trabalho de assistência é realizado por uma equipe residente no Brasil, e por pessoal temporário do Bureau, do Centro de Engenharia e Pesquisa de Denver, Colorado, Estados Unidos. A equipe residente conta com especialistas em planejamento, projetos de irrigação, barragens, hidrologia, sensoriamento remoto e operação e manutenção. O Bureau vem prestando estes serviços há mais de dezesseis anos. Neste período, obteve um conhecimento bastante amplo sobre a agricultura irrigada, no Brasil. Devido a este conhecimento e à grande experiência do Bureau, em assuntos de irrigação, o Minis- tério da Integração Nacional, solicitou que fossem elaborados manuais técnicos, para utilização por órgãos governamentais (federais, estaduais e municipais), entidades priva- das ligadas ao desenvolvimento da agricultura irrigada, empresas de consultoria, empreiteiras e técnicos da área de irrigação. A coleção que ora é entregue a esse público é um dos resultados do Contrato mencionado. Ela é composta dos seguintes Manuais: Planejamento Geral de Projetos de Irrigação Classificação de Terras para Irrigação Avaliação Econômica e Financeira de Projetos de Irrigação Operação e Manutenção de Projetos de Irrigação Especificações Técnicas Padronizadas Standard Technical Specifications Avaliação de Pequenas Barragens Elaboração de Projetos de Irrigação Construção de Projetos de Irrigação Para sua elaboração contou com o trabalho de uma equipe de engenheiros e espe- cialistas do “Bureau of Reclamation”, por solicitação do governo brasileiro.Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 3
  4. 4. Avaliação de Pequenas Barragens O objetivo dos Manuais é apresentar procedimentos simples e eficazes para serem utilizados na elaboração, execução, operação e manutenção de projetos de irrigação. Os anexos 10, 11 e 12 do “Manual de Operação e Manutenção de Projetos de Irrigação” foram redigidos por técnicos do Instituto Interamericano de Cooperação para a Agricultura - IICA. O anexo do “Manual de Avaliação de Pequenas Barragens” foi elabora- do pelo Grupo de Hidrometeorologia da Superintendência de Desenvolvimento do Nordes- te - SUDENE, em convênio com o “Institut Français de Recherche Scientifique pour le Developement en Cooperation” - ORSTOM. Foram publicadas, separadamente, pelo IBAMA / SENIR / PNUD / OMM (Instituto Brasileiro de Meio Ambiente e dos Recursos Naturais, Secretaria Nacional de Irrigação, Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento, Organização Meteorológica Mun- dial), as “Diretrizes Ambientais para o Setor de Irrigação”. Estas diretrizes devem ser seguidas em todas as etapas de planejamento, implantação e operação de projetos de irrigação. O Bureau of Reclamation agradece a gentil colaboração da CODEVASF (Compa- nhia de Desenvolvimento do Vale do São Francisco) e do DNOCS (Departamento Nacio- nal de Obras Contra as Secas) pela disponibilização de informações sobre Leis e Normas Técnicas Brasileiras.Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 4
  5. 5. Avaliação de Pequenas Barragens SUMÁRIOAPRESENTAÇÃO ............................................................................................................ 31 INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 8 1.1 Objetivo do MANUAL ..................................................................................... 82 BARRAGENS DE TERRA .......................................................................................... 9 2.1 Considerações sobre o Tipo ............................................................................. 9 2.2 Adequabilidade do Local .................................................................................. 9 2.3 Seções Típicas ............................................................................................... 9 2.3.1 Seções Típicas Homogêneas ............................................................. 10 2.3.2 Seções Típicas Zoneadas .................................................................. 10 2.3.3 Seções não Típicas .......................................................................... 10 2.4 Dimensões Básicas ....................................................................................... 13 2.4.1 Largura da Crista ............................................................................. 13 2.4.2 Cota da Crista ................................................................................. 13 2.5 Tipos de Fundações ...................................................................................... 13 2.5.1 Fundações em Solos Permeáveis ....................................................... 13 2.5.2 Fundações em Solos Impermeáveis .................................................... 16 2.5.2.1 Fundações Impermeáveis Saturadas .................................. 18 2.5.2.2 Fundações Impermeáveis não Saturadas ............................ 18 2.6 Preparação da Fundação ............................................................................... 18 2.7 Filtros ......................................................................................................... 21 2.7.1 Geral ............................................................................................. 21 2.7.2 Dimensionamento dos Filtros ............................................................ 21 2.8 Drenos de Pé e Valas Drenantes ..................................................................... 21 2.8.1 Drenos de Pé .................................................................................. 21 2.8.2 Valas Drenantes .............................................................................. 21 2.9 Poços de Alívio ............................................................................................ 21 2.10 Proteção dos Taludes ................................................................................... 22 2.10.1 Talude de Montante ......................................................................... 22 2.10.1.1 “Riprap” Lançado ........................................................... 22 2.10.1.2 “Riprap” com Pedras Arrumadas ....................................... 22 2.10.1.3 Solo-Cimento ................................................................. 24 2.10.1.4 Revestimento de Concreto ............................................... 24 2.10.1.5 Proteção com Pedras Rejuntadas ...................................... 24 2.10.2 Talude de Jusante ........................................................................... 243 BARRAGENS DE CONCRETO ................................................................................. 25 3.1 Considerações sobre o Tipo ........................................................................... 25 3.2 Adequabilidade do Local para o Barramento ..................................................... 25 3.3 Seção Típica – Aplicabilidade ......................................................................... 25 3.4 Seção Típica e suas Características ................................................................ 26Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 5
  6. 6. Avaliação de Pequenas Barragens 3.5 Dimensões Básicas ....................................................................................... 26 3.5.1 Cota da Crista da Barragem .............................................................. 26 3.5.2 Dimensões da Barragem, do Trecho Vertedouro e da Bacia de Dissipação 27 3.5.3 Distância entre as Juntas ................................................................. 27 3.6 Preparação da Fundação e Ombreiras .............................................................. 274 BARRAGENS DE ALVENARIA ................................................................................. 28 4.1 Considerações sobre o Tipo ........................................................................... 28 4.2 Adequabilidade do Local para o Barramento ..................................................... 28 4.3 Seção Típica – Aplicabilidade ......................................................................... 28 4.4 Seção Típica e suas Características ................................................................ 29 4.5 Dimensões Básicas ....................................................................................... 29 4.5.1 Cota da Crista da Barragem .............................................................. 29 4.5.2 Dimensões da Barragem, do Trecho do Vertedouro, e da Bacia de Dissipação .................................................................. 30 4.5.3 Distância entre as Juntas ................................................................. 30 4.6 Preparação da Fundação e Ombreiras .............................................................. 305 HIDROLOGIA ....................................................................................................... 31 5.1 Geral .......................................................................................................... 31 5.2 Vazão de Projeto .......................................................................................... 316 VERTEDOUROS .................................................................................................... 32 6.1 Escolha do Tipo de Vertedouro ....................................................................... 32 6.2 Descarga do Projeto de Vertedouro ................................................................. 32 6.3 Capacidade do Vertedouro ............................................................................ 33 6.3.1 Geral ............................................................................................. 33 6.3.2 Seção Vertente Tipo “Creager” (Ogee) ............................................... 33 6.3.3 Seção Vertente de Outro Tipo ........................................................... 33 6.3.4 Sangradouro sem Seção Vertente ...................................................... 33ANEXO ........................................................................................................................ 34DIMENSIONAMENTO DE PEQUENOS AÇUDES ................................................................. 34Equipe Técnica ............................................................................................................. 341. Problemáticas do Dimensionamento ........................................................................ 352. Roteiro Resumido de Dimensionamento de Pequenas Barragens (vide Figura A.1) .................................................................................... 35 2.1 Determinação das Características Físico-Climáticas da Bacia .............................. 35 2.1.1 Características da Bacia Hidrográfica de Drenagem (BHD) ..................... 35 2.2 Dimensionamento do Volume da Barragem ...................................................... 42 2.3 Dimensionamento do Sangradouro .................................................................. 433. Informações Necessárias ....................................................................................... 43 3.1 Fundamentos e Alcance do Método de Classificação Hidro-Pedológica ................ 43 3.2 Documentos Necessários .............................................................................. 45 3.3 Informações a serem Coletadas no Campo ...................................................... 454. Descrição Detalhada das Etapas ............................................................................. 46 4.1 Avaliação da Superfície da Bacia Hidrográfica de Drenagem ............................... 46 4.2 Classificação Hidrológica da Bacia Hidrográfica de Drenagem (B.H.D.) ................. 46 4.2.1 Determinação do L600 de Cada Unidade de Mapeamento Pedológico (UM) da BHD. ................................................................. 47 4.2.1.1 Regimes Hidrológicos das Pequenas Bacias Hidrográficas ....................................................... 47 4.2.1.2 Escolha do Solo como Fator Principal de Classificação ................................................................. 50Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 6
  7. 7. Avaliação de Pequenas Barragens 4.2.1.3 Cálculo de L600 para cada Unidade de Mapeamento de Solo .................................................. 50 4.2.2 Correções de L600 .......................................................................... 51 4.2.2.1 Influência da Cobertura Vegetal ........................................ 51 4.2.2.2 Correção pela Presença de Outros Açudes à Montante do Local da Represa ........................... 52 4.2.2.3 Intervenção de Outros Fatores Corretivos .......................... 53 4.2.3 Cálculo do Valor da L600 Corrigida da BHD ........................................ 54 4.3 Avaliação do Clima ....................................................................................... 54 4.3.1 Determinação do Total Anual Médio das Precipitações a partir do Mapa de Isoietas .............................................................. 54 4.3.2 Determinação da Zona Climática e do Coeficiente de Correção Climática C ....................................................................... 54 4.4 Cálculo da Lâmina Escoada L(P) ..................................................................... 55 4.5 Cálculo do Volume Médio Escoado ................................................................. 55 4.5.1 Exemplo de Cálculo ......................................................................... 55 4.6 Utilização Prevista na Barragem ...................................................................... 58 4.7 Dimensionamento do Açude .......................................................................... 59 4.7.1 Critérios de Dimensionamento ........................................................... 59 4.7.2 Dimensionamento ............................................................................ 60 4.8 Cálculo da Cheia do Projeto ........................................................................... 61 4.8.1 Condições de Gerações das Fortes Cheias .......................................... 61 4.8.1.1 Definições e Explicações Gerais ........................................ 61 4.8.1.2 Precipitações e Intensidades de Chuva .............................. 62 4.8.1.3 Variações do Volume Escoado .......................................... 63 4.8.1.4 Variações dos Tempos de Escoamento .............................. 63 4.8.2 Roteiro de Cálculo de Vazão de Pico da Cheia de Projeto ...................... 64 4.8.2.1 Determinação da Superfície Efetiva de Contribuição de Cheia SC (km2) ....................................... 64 4.8.2.2 Determinação do Fator Corretivo FC.................................. 64 4.8.3 Outras Características de Cheias ....................................................... 68BIBLIOGRAFIA .............................................................................................................. 70BIBLIOGRAFIA – ANEXO ................................................................................................ 71Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 7
  8. 8. Avaliação de Pequenas Barragens INTRODUÇÃO1.1 Objetivo do MANUAL O objetivo deste MANUAL é apresentar procedimentos simples e eficazes para serem utilizados pelos órgãos federais, estaduais e locais, organizações privadas e fir- mas de consultoria, quando da avaliação de pequenas barragens. Este MANUAL é aplicável para a avaliação da segurança de barragens até dez metros de altura. O MANUAL poderá ser usado por entidades que desejarem projetar e construir estas barragens ou reabilitar e operar as já existentes. Poderá servir, também, como norma aos estados que desejarem a aprovação das construções, bem como inspe- ções e requisitos relativos a segurança das barragens existentes. Do mesmo modo, o MANUAL poderá servir como norma-padrão aos bancos, para a determinação do financi- amento de empréstimos às entidades interessadas na construção ou na reabilitação de barragens até dez metros de altura. O anexo deste MANUAL foi elaborado pelo Grupo de Hidrometeorologia da Supe- rintendência de Desenvolvimento do Nordeste – SUDENE, em convênio com o “Institut Français de Recherche Scientifique pour le Developement en Cooperation” – ORSTOM.Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 8
  9. 9. Avaliação de Pequenas Barragens BARRAGENS DE TERRA2.1 Considerações sobre o Tipo Este tipo de barragem é apropriado para locais onde haja disponibilidade de solo argiloso ou areno-siltoso/argiloso, além da facilidade de situar o vertedouro em uma das margens, utilizando o solo escavado para construção da barragem, evitando, sempre que possível, o bota-fora de material.2.2 Adequabilidade do Local O local deverá possuir as seguintes características básicas: a) Possibilidade de posicionamento do vertedouro fora do corpo da barragem, utili- zando-se favoravelmente as condições topográficas, para dirigir as águas lateral- mente, contornando assim a barragem; b) Facilidade de localização do vertedouro, de modo a evitar correntes com altas ve- locidades ao longo dos taludes da barragem; c) Estabilidade e confiabilidade das fundações sob as barragens; d) Possibilidade para diminuição dos volumes de materiais de construção, da barra- gem a ser construída no local mais estreito do rio, com eixo longitudinal perpendi- cular às ombreiras; e) À montante do local de construção da barragem, não devem existir desmorona- mentos e, caso existam, devem ser estabilizados; f) Possibilidade de espaço razoável para a construção do maciço, no caso de se optar por sangradouros no trecho do leito do rio; g) Existindo locais topográfica e geologicamente adequados, é recomendável a cons- trução de pequenos diques em cotas inferiores à do coroamento da barragem para que, na ocorrência de cheias excepcionais, possam os mesmos romper, funcio- nando como descarregadores auxiliares, impedindo o transbordamento do maci- ço e sua conseqüente destruição (diques fusíveis).2.3 Seções Típicas O tipo de barragem de terra, homogênea ou zoneada, é geralmente escolhido em função do volume e da qualidade dos materiais existentes no local, dos processos constru- tivos a serem utilizados e dos solos que constituem as fundações da barragem. Sempre que possível, devem ser utilizados, no corpo da barragem, materiais escavados para cons-Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 9
  10. 10. Avaliação de Pequenas Barragens trução do vertedouro e outras escavações obrigatórias. Se no local da barragem existirem quantidades suficientes de solo argiloso ou solo areno-siltoso/argiloso, a barragem homo- gênea é a mais recomendada para alturas até 10m, por ser mais simples e prática em termos construtivos.2.3.1 Seções Típicas Homogêneas Seções típicas de barragens de terra homogêneas são apresentadas na Figura 2.1. As seções homogêneas-modificadas (A-C) são preferíveis. Na Tabela 2.1 são apresenta- das as inclinações dos taludes de montante e de jusante para barragens homogêneas sobre fundações estáveis.Tabela 2.1 Inclinação dos Taludes de Barragens Homogêneas sobre Fundações EstáveisTipo Sujeito a Esvaziamento Rápido Classificação do Solo Montante JusanteHomogêneo ou Homogêneo-Modificado Não GC,GM,SC,SMCL,MLCH,MH 2,5:13:13,5:1 2:12,5:12,5:1Homogêneo-Modificado Sim GC,GM,SC,SMCL,MLCH,MH 3:13,5:14:1 2:12,5:12,5:1Nota: Solos GW,GP,SW,SP e Pt são inadequados. Não recomendam-se solos tipo OL e OH para porções maiores do maciço. Considerando-se esvaziamentos rápidos os que apresentam velocidades mínimas, de descida de nível de 0,15m por dia.2.3.2 Seções Típicas Zoneadas Para barragens zoneadas, a inclinação dos taludes é uma função das dimensões relativas do núcleo impermeável e dos maciços laterais estabilizadores, como indicado na Figura 2.2 e na Tabela 2.2.Tabela 2.2 Inclinação dos Taludes de Barragens Zoneadas sobre Fundações EstáveisTipo Sujeito a Esvaziamento Rápido Classificação do Solo do Núcleo Montante JusanteNúcleo Mínimo “A” Não Importa GC,GM,SC,SMCL,ML,CH ou MH 2:1 2:1Núcleo Máximo Não GC,GM,SC,SMCL,MLCH,MH 2:12,25:12,5:13:1 2:12,25:12,5:13:1Núcleo Máximo Sim GC,GM,SC,SMCL,MLCH,MH 2,5:12,5:13:13,5:1 2:12,25:12,5:13:1Nota: Núcleos mínimos e máximos são indicados na Figura 2.2. Os materiais aceitáveis para os maciços laterais são enrocamento, GW,GP,SW (seixo), e SP (seixo). Não recomendam-se solos Tipo OL e OH para porções maiores do núcleo. Solos Pt são inadequados. Considerando-se esvaziamentos rápidos os que apresentam velocidades mínimas, de descida do nível, de 0,15m por dia.2.3.3 Seções não Típicas De maneira geral, a estabilidade da barragem de terra com altura até 10m, que não tenha problemas de fundação, fica assegurada pela adoção das seções recomendadas nas Figuras 2.1 e 2.2 e nas Tabelas 2.1 e 2.2. Para seções diferentes das indicadas, é necessária a realização de análises especiais. Deverão ser feitas análises de estabilidade para três condições: ! Fim de construção; ! Reservatório máximo em operação; ! Rebaixamento rápido (se for o caso).Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 10
  11. 11. Avaliação de Pequenas BarragensFigura 2.1 Barragens de terra homogênea – Seções TípicasManual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 11
  12. 12. Avaliação de Pequenas BarragensFigura 2.2 Barragens de Terra Zoneada – Seções TípicasFigura 2.3 Fundações Permeáveis – Profundidade PequenaManual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 12
  13. 13. Avaliação de Pequenas Barragens Deverão ser feitas estimativas de vazão pelo maciço e pela fundação, levando-se em conta os coeficientes de permeabilidade dos materiais. Os parâmetros podem ser obtidos com base nos ensaios rotineiros, utilizando-se tabelas com valores típicos, sem- pre que os fatores de segurança usados nas análises forem maiores ou iguais a 1,5 nos primeiros casos, e iguais ou maiores de 1,2 no terceiro caso.2.4 Dimensões Básicas2.4.1 Largura da Crista Para barragens de terra, a largura mínima da crista deve ser calculada pela fórmula L = Z/5 + 3 metros, onde Z é a altura máxima da barragem e L, a largura mínima da crista. Caso seja prevista uma estrada sobre a crista, a dimensão mínima sempre deverá ser de 5 metros.2.4.2 Cota da Crista A cota da crista é igual à cota da soleira do sangradouro mais a revanche. A revanche é igual à lâmina da sangria mais a folga. Folgas normalmente aceitáveis estão apresenta- das na Tabela 2.3, considerando duas folgas: ! Folga mínima – é a folga acima do nível máximo do reservatório; ! Folga normal – é a folga acima do nível normal do reservatório (ou da soleira do sangradouro).Tabela 2.3 Folga Recomendada Fetch (km) Folga normal (m) Folga mínima (m) < 1,5 1,2 1,0 1,5 1,5 1,2 5,0 2,0 1,5 7,5 2,5 1,8 15,0 3,0 2,02.5 Tipos de Fundações2.5.1 Fundações em Solos Permeáveis O combate às forças de percolação e/ou às descargas freáticas excessivas deverá ser feito através de uma ou mais soluções, próprias a cada abordagem, as quais passa- rão a ser tratadas a seguir. Para fins de abordagem, as fundações de solos permeáveis dividem-se em dois casos: ! Caso 1 – fundações permeáveis expostas; ! Caso 2 – fundações permeáveis cobertas. Em ambos os casos, a fundação pode ser homogênea ou estratificada. a) Caso 1: Fundação Permeável Exposta (Profundidade Pequena) – O tratamento da fundação permeável exposta de pequena profundidade está apresentado na Figura 2.3. O núcleo mínimo “A” (vide Figura 2.2) é aceitável neste caso. O “cut-off” (vala corta-água) consiste de uma trincheira escavada até atingir a camada impermeável (“cut-off” positivo). A largura do fundo do “cut-off” deve ser calculada pela expres- são:Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 13
  14. 14. Avaliação de Pequenas Barragens b=h–d em que h é a máxima altura normal d’água, d é a profundidade do “cut-off”, e b é a largura da base do “cut-off”. Se a camada impermeável for rocha, pode ser indi- cado o uso de injeções. O tapete drenante horizontal, com espessura mínima de 1m, seguindo os critérios dos filtros, é utilizado quando: (1) A seção for homogênea. Neste caso, o tapete termina a uma distância de Z + 1,5m do centro da barragem; (2) A seção for zoneada com o maciço estabilizante lateral de jusante de enrocamento; (3) A permeabilidade da fundação for duvidosa; (4) Existir a possibilidade de erosão regressiva (“piping”), ou do maciço para a fundação, ou da fundação para a zona jusante do maciço; (5) A fundação for estratificada. Possivelmente, precisa-se de um filtro entre o “cut-off” do núcleo e o material permeável à jusante. b) Caso 1: Fundação Permeável Exposta (Profundidade Intermediária) – A profundida- de é considerada intermediária quando a distância até a camada impermeável é demasiadamente grande para o uso de um “cut-off” positivo, mas permite o uso econômico de outro tipo, como cortinas de estacas com ligação, cortina de concre- to, corta-água preenchida com mistura semi-fluida (“slurry trench”), e injeções. O tratamento de uma fundação permeável exposta, com profundidade intermediá- ria, é apresentado na Figura 2.4. O núcleo mínimo “B” (vide Figura 2.2) é o núcleo mínimo recomendável para este tipo de fundação. É necessário um tapete drenante horizontal quando a lona acima é impermeável ou existe o perigo de “piping”; c) Caso 1: Fundação Permeável Exposta (Grande Profundidade – Homogênea) – O tratamento geral para uma fundação permeável exposta de grande profundidade é apresentado na Figura 2.5. O núcleo mínimo “B” (vide Figura 2.2) é o núcleo míni- mo aceitável neste caso. A banqueta impermeável à montante (ligada ao núcleo impermeável no caso de barragens zoneadas) aumenta o comprimento a ser ven- cido pela água através da fundação, o que reduz o gradiente hidráulico entre o montante da banqueta impermeável e o tapete drenante à jusante, ocorrendo, as- sim, uma redução na descarga freática até níveis aceitáveis. Uma espessura acei- tável da banqueta é 10% da profundidade do reservatório acima da banqueta, mas não menor que 1m. A vala de ligação deve ser construída debaixo do núcleo im- permeável à montante da linha do centro da barragem. Para evitar problemas de estabilidade causados pela percolação na fundação, é necessária uma zona de jusante, conforme a Figura 2.6. Apresentam-se três casos: (1) Barragem zoneada com núcleo mínimo “B”. A zona à jusante deve possuir características granulométricas, de modo que venha a funcionar como um filtro. Caso contrário, é necessário um tapete drenante e um filtro inclinado similar aos da Figura 2.1(c). (2) Barragem zoneada com núcleo maior que o núcleo mínimo “B”. Note o talude reverso no fim do núcleo. A zona de jusante deve possuir características granulométricas, de modo que venha a funcionar como um filtro. Caso con-Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 14
  15. 15. Avaliação de Pequenas BarragensFigura 2.4 Fundações Permeáveis – Profundidade IntermediáriaFigura 2.5 Fundações Permeáveis – Profundidade Grande – HomogêneasFigura 2.6 Seções de Jusante Típicas de Barragens sobre Fundações Permeáveis sem “Cut-Off”Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 15
  16. 16. Avaliação de Pequenas Barragens trário, é necessário um tapete drenante e um filtro inclinado similar aos da Figura 2.1(c). (3) Barragem homogênea – É necessário um tapete drenante horizontal. É reco- mendável um dreno inclinado similar aos da Figura 2.1(c). Nos casos de permeabilidade excessiva da fundação, pode ser necessário trata- mento adicional na área do pé à jusante da barragem, como valas drenantes, poços de alívio ou bermas. d) Caso 1: Fundação Permeável Exposta (Grande Profundidade – Estratificada). – As fundações profundas estratificadas necessitam de um tratamento diferente, que está apresentado na Figura 2.7. O núcleo mínimo “B” (vide Figura 1.2) é o mínimo aceitável. Utiliza-se um “cut-off” parcial. A distância d (profundidade da primeira camada permeável não interceptada) deve ser igual ou maior a h (profundidade do reservatório). Necessita-se de um tapete drenante horizontal e drenos de pé; e) Caso 2: Fundação Permeável Coberta (Cobertura de 1m ou Menos) – Neste caso, trata-se a fundação como permeável exposta; f) Caso 2: Fundação Permeável Coberta (Cobertura Maior que 1m, Menor que a Pro- fundidade do Reservatório) – O tratamento neste caso é apresentado nas Figuras 2.8 e 2.9. Normalmente a camada impermeável deve ser compactada. O núcleo mínimo “A” (vide Figura 2.2) é aceitável neste caso. Se a camada permeável for relativamente homogênea, e a camada impermeável for de uma espessura relati- vamente pequena, a camada impermeável deve ser completamente penetrada por uma vala drenante, como apresentado na Figura 2.8. Quando a espessura da cama- da impermeável for demasiadamente grande para ser penetrada economicamente, recomenda-se o uso de poços de alívio, como apresentado na Figura 2.9. É reco- mendável um espaçamento inicial de 15 a 30m. Quando a barragem for homogênea ou o maciço estabilizante lateral à jusante for de permeabilidade duvidosa, necessi- ta-se de um tapete drenante; g) Caso 2: Fundação Permeável Coberta (Cobertura Maior que a Profundidade do Re- servatório) – Neste caso, trata-se a fundação como fundação em solos impermeá- veis. Vide o Item 2.5.2; h) Resumo dos Tratamentos das Fundações Permeáveis – A Tabela 2.4 apresenta um resumo dos tratamentos recomendados para várias condições de fundações per- meáveis.2.5.2 Fundações em Solos Impermeáveis As fundações dos solos impermeáveis normalmente possuem características granulométricas que dispensam tratamentos para percolação ou erosão regressiva (“piping”). Os principais problemas das fundações em solos siltosos e/ou argilosos se relacionam com a estabilidade. A capacidade de suporte da fundação deve ser determi- nada através de ensaios de resistência à penetração (SPT). Dado o fato importante de que, quando o solo não está saturado, sua reação face a esforços é inteiramente diferen- te daquela que ocorre quando o mesmo está saturado, as fundações em solos imperme- áveis dividem-se em dois grupos: ! Fundações saturadas; ! Fundações não saturadas.Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 16
  17. 17. Avaliação de Pequenas BarragensFigura 2.7 Fundações Permeáveis – EstratificadasFigura 2.8 Fundações Permeáveis Cobertas – Tratamento com Vala DrenanteFigura 2.9 Fundações Permeáveis Cobertas – Tratamento com Poços de AlívioManual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 17
  18. 18. Avaliação de Pequenas BarragensTabela 2.4 Tratamentos das Fundações Permeáveis Espessura da Camada Espessura Total da Estratificada ou Controle Primário de Caso Figura Requisitos Adicionais Superficial Fundação Homogênea Percolação Impermeável 1 2.3 - Pequena Qualquer “Cut-off” total Dreno de pé, e possivelmente tapete drenante, injeções 1 2.4 - Mediana Qualquer Cortinas de estacas ou de Núcleo largo, dreno de pé, vala concreto, “slurry trench” de ligação e possivel- mente tapete drenante 1 2.7 - Mediana ou grande Estratificada Cut-off parcial Dreno de pé, tapete drenante e possivelmente poço de alívio 1 2.5 - Grande Homogênea Banqueta impermeável a Núcleo largo, dreno de pé, vala montante de ligação e possivel-mente tapete drenante 2 - < 1m Qualquer Qualquer Igual ao caso 1 correspondente 2 - > 1m < h Pequena ou mediana Qualquer Igual ao caso 1 correspondente 2 2.8 > 1m < h Grande Homogênea Vala drenante ou poços de Vala de ligação, compactação ou 2.9 alivio da camada 2 2.9 > 1m < h Grande Estratificada Poços de Alivio Idem 2 2.10 >h - - Não requer tratamento como fundação permeável2.5.2.1 Fundações Impermeáveis Saturadas O tratamento de uma fundação impermeável saturada está apresentada na Figura 2.10 e na Tabela 2.5. As seções típicas homogêneas (Figura 2.1 e Tabela 2.1) ou zoneadas (Figura 2.2 e Tabela 2.2) são aplicáveis (com taludes mínimos de 3:1), no último caso com o núcleo mínimo “A”. Para melhorar as condições de estabilidade, recomenda-se a construção das bermas de equilíbrio apresentadas. Os taludes das bermas são funções do tipo de solo da fundação (segundo a Classificação Unificada dos Solos), e dos resultados obtidos com ensaios SPT realizados na fundação dentro de uma profundidade igual à altura da barragem a ser construída.2.5.2.2 Fundações Impermeáveis não Saturadas Neste caso, como as fundações estão sujeitas a saturação e a recalques acentua- dos eventuais, sempre são necessários ensaios geotécnicos para qualquer tipo ou altura da barragem. devem ser determinadas a massa específica “in situ” e o teor de umidade, além dos ensaios de laboratório. A Figura 2.11, que relaciona D (massa específica aparen- te seca natural, dividida pela massa especificada aparente seca máxima) versus W-W (umidade ótima menos umidade natural), apresenta duas regiões A e B. A Figura 2.12 apresenta duas regiões semelhantes, em função da massa específica seca natural versus o limite da liquidez. Os solos situados na região A não necessitam de tratamento especi- al, uma vez que, ao se saturarem, ocorre pouco ou nenhum recalque. Este caso pode ser tratado como no parágrafo anterior. Os solos situados na região B necessitam de trata- mento especial, já que, ao se saturarem, possivelmente ocorrem recalques acentuados.2.6 Preparação da Fundação a) A área situada sob a barragem deve ser limpa, incluindo o desmatamento, o destocamento e a remoção da terra vegetal até a profundidade que for necessária, em relação à superfície do terreno natural; b) A área a ser limpa deve ter uma largura igual à base da seção transversal da barra- gem, mais 3 metros para montante e para jusante. O material removido da opera-Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 18
  19. 19. Avaliação de Pequenas BarragensFigura 2.10 Fundações Permeáveis SaturadasFigura 2.11 Regiões de Recalque – Densidade Versus UmidadeFigura 2.12 Regiões de Recalque – Densidade Versus Limite de LiquidezManual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 19
  20. 20. Avaliação de Pequenas Barragens ção de limpeza deverá ser transportado para locais fora da área das obras ou do futuro reservatório; c) No caso de fundação rochosa, inicialmente deverão ser removidos todos os blocos soltos. A limpeza deverá ser feita com jatos de ar e de água sob pressão, para remoção de todo o material solto na superfície rochosa. Se ocorrem fissuras ou fraturas na superfície, estas deverão ser vedadas com calda de cimento. Quando ocorrem irregularidades na superfície da rocha, tais como: fendas, pequenas de- pressões localizadas e taludes negativos, é recomendável o preenchimento dos mesmos com concreto dental (concreto simples). Opcionalmente, no caso da ocor- rência de um talude negativo, poder-se-á proceder ao abrandamento. Antes do lançamento da primeira camada de solo sobre a fundação rochosa, a superfície deverá ser umedecida, para possibilitar melhor aderência; d) No caso de fundação em materiais terrosos, após a limpeza, o terreno deverá ser regularizado e compactado com um trator de esteiras, trator de pneus, ou cami- nhões, com dez passadas mínimas por toda a área da fundação e ombreiras.Tabela 2.5 Inclinações das Bermas Estabilizadoras Número Médio de golpes SPT dentro de Classificação Taludes das Bermas para Alturas da Barragem até:Consistência uma profundidade da fundação igual a do Solo da altura da barragem Fundação 12m 9m 6m 3mMole <4 Requer ensaios e análises especiaisMédia 4 a 10 SM 4:1 - - - SC 5:1 -4:1 - - ML 5:1 4:1 - - CL 5:1 4:1 - - MH 5.5:1 4.5:1 3.5:1 - CH 10:1 7:1 4:1 -Dura 11 a 20 SM 3.5:1 - - - SC 4.5:1 -3.5:1 - - ML 4.5:1 3.5:1 - - CL 4.5:1 3.5:1 - - MH 5:1 4:1 - - CH 9:1 6:1 - -Rija > 20 SM - - - - SC -4:1 - - - ML 4:1 3.5:1 - - CL 4:1 - - - MH 4:1 - - - CH 8:1 5.5:1 - -Nota: As bermas não são necessárias quando o talude do maciço recomendado nas Tabelas 2.1 ou 2.2 for igual ou maior ao talude recomendado acima.Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 20
  21. 21. Avaliação de Pequenas Barragens2.7 Filtros2.7.1 Geral O projeto de um filtro deve ter como base fundamental a granulometria do materi- al a ser empregado. Esta granulometria deve ser tal que: a) As partículas menores se acomodem nos vazios entre as partículas maiores, de modo que o conjunto atue sempre como camada filtrante. Quando tal ocorre, a água que surge à jusante do filtro se apresenta limpa e isenta de material sólido; b) O material mais fino seja retido pelo filtro, evitando o carregamento de partículas sólidas e, conseqüentemente, a formação de erosão regressiva (“piping”).2.7.2 Dimensionamento dos Filtros Para dimensionamento das características granulométricas dos filtros, recomen- dam-se as seguintes normas: a) D(15) do filtro/D(15) da base maior ou igual a 5. (O filtro não deve ter mais de 5% de grãos passando na peneira No. 200 – diâmetro igual a 0,075 mm.); b) D(15) do filtro/ D(85) da base menor ou igual a 5; c) D(85) do filtro/diâmetro dos furos no tubo de drenagem (ou da malha do poço de alívio) maior ou igual a 2; No anterior, D(ij) corresponde à ordenada “ij”% do material que passa nas penei- ras. Isso significa que o material possui ij% de grãos mais finos.2.8 Drenos de Pé e Valas Drenantes2.8.1 Drenos de Pé É recomendável a norma de construção de drenos situados no pé de justante das barragens de terra. Juntamente com os tapetes drenantes, desempenham o papel de coletores das águas freáticas, conduzindo-as ao leito do rio. Deverão ser utilizadas tubu- lações furadas, com diâmetro interno mínimo de 0,15m. Dimensionados de acordo com a área a ser drenada, os drenos aumentam progressivamente da seção até o coletor de condução das águas ou leito do rio. O dreno deverá ser colocado numa vala de profundi- dade mínima de 1m, com enchimento de material de filtro (vide Item 2.7.2) para evitar o carregamento dos materiais do maciço e/ou da fundação. Uma possível alternativa para os drenos de pé, especialmente nos casos de barra- gens homogêneas, é o enrocamento de pé, protegido com camadas de filtros.2.8.2 Valas Drenantes No caso das fundações permeáveis cobertas com uma camada de aluvião imper- meável, que é de ocorrência freqüente, representa uma boa norma escavar a faixa imper- meável, construindo-se, assim, uma vala drenante ao longo do pé do talude. O enchi- mento deverá seguir os critérios dos filtros (Item 2.7.2). Esta vala deverá conter um dreno de pé.2.9 Poços de Alívio Quando as fundações permeáveis são cobertas por uma camada impermeável de espessura tal que se torna tecnicamente desaconselhável o uso de valas drenantes, reco- menda-se a construção de poços de alívio. As indicações básicas para a construção são:Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 21
  22. 22. Avaliação de Pequenas Barragens a) Os poços devem atravessar a camada impermeável, atingindo a zona permeável, até uma profundidade tal que não se atinja a condição de levitação (“uplift”), isto é, o gradiente hidráulico seja inferior ao crítico. É geralmente satisfatória uma pro- fundidade do poço igual à profundidade do reservatório; b) O espaçamento entre poços deve ser tal que intercepte a descarga freática, dre- nando-a e, conseqüentemente, aliviando as subpressões. É recomendável um espaçamento inicial de 15 a 30m; c) Os poços devem oferecer resistência mínima à descarga freática. O diâmetro inter- no mínimo do poço deve ser igual a 0,15m. Assim, asseguram-se pequenas perdas de cargas na coleta pelo poço da descarga freática. Deve existir uma camada de, pelo menos, 0,15m de filtro entre a tela do poço de fundação. O material do filtro deve seguir os critérios do Item 2.7.2; d) Cuidados especiais devem ser adotados, quando da construção dos poços, a fim de que perdure sua eficiência.2.10 Proteção dos Taludes2.10.1 Talude de Montante O talude de montante sofre a ação das intempéries, notadamente decorrentes das precipitações pluviométricas, bem como da ação das ondas formadas no reservatório. O tipo de proteção a ser adotada é, em parte, função dos materiais existentes na região. Os principais são: ! “Riprap” lançado; ! “Riprap” arrumado; ! Solo-cimento; ! Revestimento de concreto; ! Pedras rejuntadas.2.10.1.1 “Riprap” Lançado Este é, segundo a tecnologia atual, o mais aconselhável tipo de proteção. O “riprap” consiste de uma camada dimensionada de blocos de pedra, lançada sobre um filtro de uma ou mais camadas, de modo que este atue como zonas de transição granulométrica, servindo como obstáculo à fuga dos materiais finos que constituem o maciço (vide Figura 2.13). A rocha a ser utilizada deve possuir dureza suficiente para resistir à ação dos fatores climáticos. As pedras ou blocos utilizados na construção do “riprap” devem ter, de preferência, o formato alongado, evitando-se, tanto quanto possível, os blocos de formato arredondado. Assim, as possibilidade de deslizamentos são menores. A espes- sura da camada e o tamanho dos blocos é função do “fetch”. O dimensionamento reco- mendado do “riprap” é apresentado na Tabela 2.6.2.10.1.2 “Riprap” com Pedras Arrumadas Neste caso, as pedras são arrumadas, de modo a constituírem uma camada de blocos bem definida, preenchendo-se os vazios com pedras menores (vide Figura 2.14). A qualidade da pedra deve ser excelente. A espessura da camda pode ser a metade da dimensão recomendada no caso de “riprap” lançado.Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 22
  23. 23. Avaliação de Pequenas BarragensFigura 2.13 Riprap LançadoFigura 2.14 Riprap com Pedra ArrumadasManual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 23
  24. 24. Avaliação de Pequenas BarragensTabela 2.6 Dimensionamento do “RIPRAP” Peso da Pedra (Kg) DistribuiçãoInclinação Fetch (km) Espessura (m) Máximo 40 a 50% 50 a 60% 0 a 10%3:1 <4 0,80 1.000 > 600 35 a 600 < 353:1 >4 1,00 2.000 > 1.000 45 a 1.000 < 452:1 qualquer 1,00 2.000 > 1.000 45 a 1.000 < 452.10.1.3 Solo-Cimento O solo-cimento normalmente é colocado em camadas com largura mínima de 2,5m, em forma de escada (vide Figura 2.15). A espessura mínima recomendada para cada camada é 0,15m. Isto resultará, segundo a inclinação do talude, em espessuras proteto- ras de mais ou menos 1m.2.10.1.4 Revestimento de Concreto A espessura mínima recomendada é de 0,15m. A preferência é para construção monolítica, embora placas de 2 por 2m venham sendo utilizadas. Precisa-se de uma ca- mada de filtro. Em geral, o revestimento de concreto não é recomendável, porque a baixa elasticidade do material não acompanha os recalques diferenciais que podem ocor- rer no maciço. Há, portanto, necessidade de uma constante manutenção do revestimen- to.2.10.1.5 Proteção com Pedras Rejuntadas A colocação de uma camada de pedras rejuntadas com argamassa de cimento ou asfalto tem sido utilizada como proteção ao talude de montante. A camada de pedra é construída sobre um colchão de areia com características de filtro, possuindo ambas, no mínimo, espessuras de 0,30m. A proteção com pedras rejuntadas não é recomendável, porque a rigidez do sistema não acompanha as deformações do maciço, impondo-se, por conseqüência, uma contínua manutenção do sistema.2.10.2 Talude de Jusante A proteção do talude de jusante pode consistir de uma camada de pedras com espessura mínima de 0,30m, ou do plantio de vegetação, como grama ou erva cidreira. Nas ombreiras, onde ocorrem grandes contribuições da chuva, as águas deverão ser desviadas através do emprego de canaletas.Figura 2.15 Revestimento de Solo – CimentoManual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 24
  25. 25. Avaliação de Pequenas Barragens BARRAGENS DE CONCRETO3.1 Considerações sobre o Tipo As barragens de concreto cogitadas neste MANUAL são as do tipo de gravidade, e consistem de um muro, cuja seção transversal aproxima-se à de um triângulo, e que resistem através do seu peso próprio à pressão da água do reservatório e à subpressão das águas que se infiltram pelas fundações. Este tipo de barragem possui um trecho central rebaixado, o vertedouro, de preferência coincidente com a parte central do vale, onde ocorre o rio, destinado a permitir o extravasamento das águas excedentes. É reco- mendável para vales relativamente estreitos, com boas fundações, de preferência em rocha sã ou pouco fraturada, e onde a construção de um vertedouro lateral é problemá- tica devido às encostas íngremes e rochosas.3.2 Adequabilidade do Local para o Barramento Para a adoção da barragem de concreto para o barramento, o local deve possuir as seguintes características: a) A largura do vale na cota da crista da barragem deve ser a mais estreita do trecho barrável do rio; b) Disponibilidade de pedreiras para obtenção da brita e jazidas de areia facilmente exploráveis nas proximidades do local; c) Facilidade de adquirir cimento em quantidade suficiente na região; d) As fundações e ombreiras devem ser de material resistente; caso as fundações possuam uma camada superficial de aluvião, esta não deve ser muito espessa, para não encarecer a obra com os trabalhos de remoção da mesma; e) Facilidade para construção de acessos.3.3 Seção Típica – Aplicabilidade A seção típica apresentada a seguir é aplicável somente com: ! alturas de barragem até 4,50m; ! alturas de lâmina d’água até 1m; ! fundações em rocha sã ou pouco fraturada.Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 25
  26. 26. Avaliação de Pequenas Barragens Caso contrário, é necessária a realização de análises específicas. Deverão ser feitas análises de tensões na barragem, análises de estabilidade (considerando-se tombamento, deslizamento e flutuação) e, no caso de fundação permeável, análises de descarga freática, com consideração da possibilidade de erosão regressiva (“piping”).3.4 Seção Típica e suas Características A seção típica recomendada para barragens de concreto é apresentada na Figura 3.1. No trecho situado à jusante da barragem, deve ser feita uma bacia de dissipação ou tanque, cuja função é amortecer o impacto da água extravasada pelo trecho do vertedouro. A bacia deve ter a mesma largura do vertedouro e, caso a rocha seja pouco resistente ou fraturada, deve ser feita uma laje de alvenaria de pedra argamassa no seu fundo, para proteger a rocha contra erosão; caso a rocha seja resistente, é desnecessária a constru- ção dessa laje para proteção do fundo da bacia de dissipação. Ao redor da bacia, externa- mente, é recomendável uma camada de pedra de proteção, para evitar que a água que transborde da bacia danifique a rocha, principalmente quando esta não for de boa quali- dade. A barragem será construída em blocos, entre os quais deverão existir juntas verti- cais, devidamente vedadas contra vazamentos. Na crista da barragem, no trecho não vertedouro, deve ser construída uma mureta de proteção<%0> contra ondas.3.5 Dimensões Básicas3.5.1 Cota da Crista da Barragem A cota da crista da barragem em seu trecho de ombreiras (trecho não vertedouro) deve estar 1m acima da cota do nível normal d’água previsto no reservatório. Como a altura máxima da lâmina d’água admitida sobre a crista do trecho vertedouro é de 1m, a proteção contra as eventuais ondas no reservatório, quando o nível d’água atingir o máxi- mo previsto, é feita por uma mureta construída junto aos parâmetros de montante. Esta mureta deve ter uma altura mínima de 0,3m e 0,2m de largura e pode ser construída com alvenaria de tijolo maciço ou de concreto.Figura 3.1 Barragem de Concreto – Seção TípicaManual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 26
  27. 27. Avaliação de Pequenas Barragens3.5.2 Dimensões da Barragem, do Trecho Vertedouro e da Bacia de Dissipação O talude mínimo de jusante deve ser 0,70H : 1V. O dimensionamento preferível do perfil do trecho vertedouro é apresentado na Figura 6.1 do Capítulo VI, “Vertedouros”, para a seção típica Ho=1. Uma largura típica da bacia deve ser de 5 a 6 m.3.5.3 Distância entre as Juntas As juntas entre os blocos da barragem devem ser distantes entre si no máximo 15m (vide a Figura 3.2), para evitar rachaduras no corpo da estrutura, através das quais possa haver vazamentos.3.6 Preparação da Fundação e Ombreiras a) A área situada sob a barragem e na qual a estrutura se apoiará deve ser limpa, incluindo o desmatamento, destocamento e a remoção das camadas superficiais de solo, até ser atingida a superfície da rocha sã. b) A superfície da rocha deve ser limpa de matacões soltos, detritos ou outros mate- riais. Todas as irregularidades da superfície que formem taludes negativos ou ba- lanços serão eliminados com remoção do material ou por enchimento com con- creto (concreto dental e/ou calda de cimento). c) A área a ser limpa deve ter uma largura igual à largura da base da estrutura, mais 5m para montante e para jusante, tanto nas fundações do trecho central, como nas fundações de ombreiras. d) Os materiais extraídos das escavações deverão ser depositados em áreas fora do local da obra e do reservatório.Figura 3.2 Barragem de Concreto – Elevação EsquemáticaManual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 27
  28. 28. Avaliação de Pequenas Barragens BARRAGENS DE ALVENARIA4.1 Considerações sobre o Tipo As barragens de alvenaria de pedra argamassada, cogitadas neste MANUAL, são as de tipo de gravidade, e consistem de um muro, cuja seção transversal se aproxima de um triângulo retângulo, e que resiste através do seu peso próprio à pressão da água do reservatório e à subpressão das águas que se infiltram pelas fundações. Este tipo de barragem possui um trecho central de barragem. O vertedouro, de preferência, coincide com a parte central do vale, onde corre o rio, destinado a permitir o extravasamento das águas excedentes. As barragens de alvenaria de pedra argamassada são recomendáveis para vales relativamente estreitos, onde o represamento requer pouca altura, e onde a construção de um canal extravasor é problemática. O vale deve ter fundações em rocha e encostas íngremes e rochosas ou com rocha situada a pouca profundidade. Embora a construção de uma barragem desse tipo seja mais demorada que a de uma barragem de concreto, nas regiões ricas em pedras e para barragens com pouco volume de material, a construção em alvenaria pode ser mais econômica.4.2 Adequabilidade do Local para o Barramento Para ser viável a adoção de barragem de pedra argamassada, o local escolhido para o barramento deve ter as seguintes características: a) Disponibilidade, nas proximidades do local, de pedras em quantidade suficiente, com dimensão de 15 a 30 cm, forma semi-regular, com pelo menos duas faces paralelas, ou existência de pedreira apropriada de fácil exploração; b) Facilidade em adquirir areia e cimento na região; c) A largura do vale na cota da crista da barragem deve ser a menor existente no trecho do curso d’água em que se deseja instalar um barramento; d) As ombreiras ou encostas e as fundações devem ser resistentes, constituídas de rocha sã ou pouco fraturada. Se a fundação for recoberta por uma camada de aluvião, esta não deve ser muito espessa, visto ser necessária a sua remoção; e) Disponibilidade de acessos para transporte do material e equipamentos, ou facili- dade para sua construção.4.3 Seção Típica – Aplicabilidade A seção típica apresentada a seguir é aplicável somente com: ! Alturas de barragem até 4m;Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 28
  29. 29. Avaliação de Pequenas Barragens ! Alturas da lâmina d’água até 1m; ! Fundações em rocha sã ou pouco fraturada. Em casos contrários, é necessária a realização de análises especiais. Deverão ser feitas análises de tensões na barragem, análises da estabilidade (considerando tomba- mento, deslizamento, e flutuação). Para os critérios aplicáveis nestas análises, vide “Nor- mas de Pequenas Barragens” (em preparação).4.4 Seção Típica e suas Características A seção típica recomendada para barragens de alvenaria de pedra é apresentada na Figura 4.1. De maneira geral, a estabilidade da barragem de alvenaria com altura igual ou inferior a 4m fica assegurada pela adoção da seção recomendada. No trecho situado à jusante da barragem, deve ser feito um tanque ou bacia de dissipação, com a mesma largura do vertedouro, que amortecerá o impacto da água que verte pelo vertedouro (crista do trecho rebaixado). Caso a rocha da fundação seja pouco resistente, fraturada ou facilmente erodível, será feita uma laje de fundo em pedra argamassada, jogando-se externamente, ao redor das paredes da bacia uma camada de pedra de proteção, para evitar que a água que transbordar do tanque danifique a superfície da rocha. A barragem será construída em blocos, entre os quais deverão existir juntas verticais, devidamente vedadas contra vazamentos. Na crista da barragem, no trecho não vertedouro, deve ser construída uma mureta de proteção contra ondas.Figura 4.1 Barragem de Alvenaria – Seção Típica4.5 Dimensões Básicas4.5.1 Cota da Crista da Barragem A cota da crista da barragem em seu trecho de ombreiras (trecho não vertedouro), deve estar 1m acima da cota do nível d’água normal prevista no reservatório. Como a altura máxima da lâmina d’água admitida sobre a crista do trecho vertedouro é de 1m, a proteção contra as eventuais ondas no reservatório, quando o nível d’água atingir o máximo previsto, é feita por uma mureta construída junto ao parâmetro de montante. Esta mureta deve ter uma altura mínima de 0,3m e largura de 0,2m, e pode ser construída de alvenaria de tijolo maciço.Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 29
  30. 30. Avaliação de Pequenas Barragens4.5.2 Dimensões da Barragem, do Trecho do Vertedouro, e da Bacia de Dissipação O talude mínimo do jusante deve ser 0,80H : 1V. O dimensionamento preferível do perfil do trecho vertedouro está apresentado na Figura 6.1 do Capítulo VI, “Vertedouros”, para a Seção Típica Ho=1. Uma largura típica da bacia de dissipação deve ser de 5 a 6 m.4.5.3 Distância entre as Juntas As juntas entre os blocos da barragem devem estar distantes entre si 25 m no máximo (vide Figura 4.2), para evitar rachaduras no corpo da estrutura e não ocorrer vazamento pelas mesmas.4.6 Preparação da Fundação e Ombreiras a) A área situada sob a barragem e na qual a estrutura se apoiará deve ser limpa, incluindo o desmatamento, destocamento e a remoção das camadas superficiais de solo, até ser atingida a superfície da rocha; b) A superfície da rocha deve ser limpa de matacões soltos, detritos ou outros mate- riais. Todas as irregularidades da superfície que formem taludes negativos ou ba- lanços, serão eliminados por remoção do material ou por enchimento com argamas- sa; c) A área a ser limpa deve ter uma largura igual à largura da base da estrutura, mais 2m para montante e para jusante, tanto nas fundações do trecho central, como nas fundações de ombreiras; d) Os materiais extraídos das escavações deverão ser depositados em áreas fora do local da obra e do reservatório.Figura 4.2 Barragem de Alvenaria – Elevação EsquemáticaManual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 30
  31. 31. Avaliação de Pequenas Barragens HIDROLOGIA5.1 Geral A hidrologia é uma das questões mais problemáticas no projeto de barragens e na avaliação de sua segurança. O ideal seria que fossem empregados os métodos de hidrologia clássica, porém isto é, freqüentemente, impossível por falta de dados hidrológicos ou de recursos. Nes- tes casos, muitas vezes são utilizados métodos regionais e/ou fórmulas empíricas, tanto para o dimensionamento do reservatório como para o cálculo da vazão de projeto.5.2 Vazão de Projeto A seleção da vazão de projeto deve contemplar as conseqüências se a vazão for excedida, especialmente considerando a possibilidade de ruptura da barragem. No caso de uma barragem grande, a pouca distância à montante de uma cidade com muitos habitantes, é necessário a verificação do Projeto com Cheia Máxima Provável. Porém, em casos com riscos mais baixos, pode ser justificável o uso de cheias menores. No caso específico de pequenas barragens até dez metros de altura, para os quais a sua ruptura não teria como possível conseqüência perda de vida, interrupções de vias de transporte de importância ou outros danos significantes, poderia ser utilizada a metodologia delineada no Anexo deste MANUAL intitulado “Dimensionamento de Pe- quenos Açudes”. A vazão de pico da cheia de projeto deve ser calculada pelas fórmulas dadas no parágrafo 4.8.2 desse anexo. Os valores da cheia de projeto proporcionados por esta metodologia correspondem ao dobro dos valores decenais. O período de retor- no teórico destes valores oscila, aproximadamente, entre 100 e 150 anos. Nos casos com risco elevado, é necessário um estudo hidrológico mais aprofundado, para permitir a avaliação da segurança da barragem. “Pequena” barragem não significa, necessariamente, “pequeno” risco.Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 31
  32. 32. Avaliação de Pequenas Barragens VERTEDOUROS6.1 Escolha do Tipo de Vertedouro De forma geral, podem ser definidas duas soluções básicas para o extravasamento do excesso de água afluente ao local do barramento: ! Extravasamento por um canal, com o fundo situado em cota mais elevada em relação ao leito natural do rio; ! Extravasamento por sobre o próprio corpo da barragem. A melhor solução é função da topografia e geologia do local, e dos materiais dis- poníveis para a construção da barragem. Podem-se, todavia, fixar algumas regras ge- rais, a fim de nortear o encaminhamento dos estudos para a escolha da solução: a) Deverá ser cogitada, sempre de início, a possibilidade de localizar o sangradouro em uma das ombreiras ou em uma sela topográfica do terreno, utilização de um canal extravasor, com largura adequada para resultar em fluxo com baixas velocidades, preferencialmente sem revestimento. (Se o fundo, e/ou taludes do canal não forem constituídos de material resistente, deverão os mesmos ser revestidos para protegê- los contra erosão); b) Caso não se possa construir um canal com largura adequada para resultar em velocidades baixas, deve-se insistir com a alternativa de um canal extravasor, estu- dando-se a proteção do fundo e dos taludes das margens do canal contra a erosão; c) Se as margens forem íngremes, as condições topográficas favoráveis, e existir rocha a pequena profundidade, pode ser conveniente projetar um sangradouro em canal lateral; d) Paralelamente, deverão ser estudadas alternativas com a solução de extravasamento por sobre o próprio corpo da barragem; e) Deve ser ressaltado que podem ser levantadas hipóteses de soluções mistas, em que exista mais de um órgão responsável pelo extravasamento.6.2 Descarga do Projeto de Vertedouro O vertedouro deve ser projetado para a passagem da cheia de projeto. Se o reserva- tório for pequeno em relação ao volume de entrada da cheia, a descarga do vertedouro pode ser considerada igual à vazão de pico da cheia. Nos casos de reservatórios com armazenamento significativo, é necessário fazer cálculos do encaminhamento da cheia no reservatório e a laminação resultante, para obter o pico da descarga do vertedouroManual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 32
  33. 33. Avaliação de Pequenas BarragensFigura 6.1 Perfil de Vertedouro correspondente. Em casos de cheias com volumes relativamente pequenos, a redução de pico obtida pode ser significativa.6.3 Capacidade do Vertedouro6.3.1 Geral A capacidade de vertedouro normalmente é calculada por uma equação do tipo Q = CLH3/2 onde Q é a vazão, C é um coeficiente de descarga, L é a largura e H, a lâmina d’água.6.3.2 Seção Vertente Tipo “Creager” (Ogee) O dimensionamento preferido para o perfil “Creager” (Ogee) é apresentado na Figu- ra 6.1. Um valor típico do C para este perfil é 2.1. (Valores exatos dependem da profun- didade do canal de aproximação, a razão H/Ho e outros fatores – vide “Design of Small Dams”, como exemplo).6.3.3 Seção Vertente de Outro Tipo Para uma seção vertente horizontal e larga, o valor típico de C é 1,7. Outras seções possuem valores intermediários.6.3.4 Sangradouro sem Seção Vertente Se o canal extravasor não inclui uma seção vertente, sua capacidade deve ser calculada com as fórmulas apropriadas para canais abertos.Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 33
  34. 34. Avaliação de Pequenas Barragens ANEXO DIMENSIONAMENTO DE PEQUENOS AÇUDES Este anexo foi elaborado pelo grupo de trabalho de Hidrometereologia (GT.HME da SUDENE) em convênio com o ORSTOM – França. Equipe Técnica ! Dr. Benedito José Zelaquett Seraphim – SUDENE – Chefe do GT. HME Coordena- ção Administrativa. ! Eric Cadier – SUDENE/ORSTOM – Hidrologia/Dimensionamento Coordenação Téc- nica. ! Flávio Hugo Barreto Batista da Silva – EMBRAPA – Classificação Hidropedológica das Bacias. ! Jean Claude Leprun – EMBRAPA/ORSTOM – Classificação Hidropedológica das Bacias. ! Jacques Marie Herbaud – SUDENE/ACQUAPLAN – Hidrologia. ! Frederico Roberto Doherty – SUDENE/IICA – Hidrologia/ Modelização. ! Paulo Frassinete de Araújo Filho – SUDENE/CISAGRO – Hidrologia/ Modelização. ! Nice Maria da Cunha Cavalcante – SUDENE/IICA – Hidrologia ! François Molle – SUDENE/COOPERAÇÃO FRANCESA – Dimensionamento/Manejo de Água. ! Carlos Henrique Cavalcanti de Albuquerque – SUDENE/CISAGRO – Computação / Modelização. ! Paulo Henrique Paes Nascimento – SUDENE/CISAGRO – Computação/ Modelização ! Marc Montgaillard – SUDENE/ORSTOM – Computação/Modelização. ! Rosana Alves Soares – SUDENE/IICA – Digitação ! Editon Mendes das Mercês – SUDENE – Desenhos.Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 34
  35. 35. Avaliação de Pequenas Barragens1. Problemáticas do Dimensionamento O dimensionamento de uma barragem ou reservatório é uma operação complexa, na qual são levados em consideração diversos parâmetros. Dentre eles, destacam-se: a) Quantidade de água disponível – variação sazonal e interanual dos escoamentos, das chuvas e das outras características climáticas; b) Características do local do barramento – volume máximo possível da barragem em função da topografia e relação entre o volume armazenável e o custo da obra; c) Finalidade de utilização potencial da obra, por exemplo: proteção de uma região contra as cheias, regularização de vazões, abastecimento de uma cidade, irriga- ção, etc; No caso da irrigação, que constitui a finalidade principal deste MANUAL, devem ser avaliados: a superfície máxima irrigável; a mão-de-obra disponível; o volume a ser armazenado para os abastecimentos humano e animal; o nível de garantia assumido, etc. d) Outros aspectos, tais como impactos sociais, políticos e ambientais da obra, inser- ção da obra no contexto sócio-econômico regional, modificação do regime hidrológico causado pela represa, salinização futura da represa e o perímetro, etc; e) Aspectos técnicos e econômicos – tipos e custos da construção da barragem (terra, concreto) e da irrigação (aspersão, gotejamento, gravidade), capital disponível, etc. Cada um desses elementos deve ser considerado como sendo um eventual fator limitante. Assim, a dimensão da obra será, automaticamente, limitada pelo volume má- ximo possível no local do barramento e/ou pelo capital disponível, etc. Caso não haja, a priori, uma limitação evidente do tamanho da obra, propõe-se um método de dimensionamento hidrológico, pressupondo que os únicos fatores limitantes provêm da quantidade de recursos hídricos disponíveis. Em resumo, este método fornece limites superiores ao tamanho das barragens, os quais não devem ser ultrapassados para garantirem uma gestão racional dos recursos hídricos e econômicos disponíveis, a nível da bacia.2. Roteiro Resumido de Dimensionamento de Pequenas Barragens (vide Figura A.1) As principais etapas do método proposto para os cálculos de dimensionamento de barragens são:2.1 Determinação das Características Físico-Climáticas da Bacia2.1.1 Características da Bacia Hidrográfica de Drenagem (BHD) Etapa 1 Determinação da Superfície (S), em km, da Bacia Hidrográfica de Drenagem (BHD), com mapa topográfico.Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 35
  36. 36. Avaliação de Pequenas BarragensFigura A.1 Esquema Geral de Dimensionamento de Açudes no SemiáridoManual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 36
  37. 37. Avaliação de Pequenas Barragens Etapa 2 Classificação Hidro-Pedológica das unidades de solo da Bacia Hidrográfica de Dre- nagem (BHD). Subetapa 2-1 Determinação, de acordo com a Tabela A.1, do valor de L600 (mm) de cada Unida- de de Mapeamento de Solo (UM) identificada no mapa pedológico. L600 é a lâmi- na escoada fictícia que corresponde ao escoamento médio de cada UM nas condi- ções climáticas “padrões”. Subetapa 2-2 Intervenção eventual de fatores corretivos. Subetapa 2-2-1 Cobertura vegetal: coeficiente CV que varia entre 0,5 e 2. Subetapa 2-2-2 Presença de outros açudes: coeficiente CA que varia entre 0 e 1,5. Subetapa 2-2-3 Outros fatores: ! Rede hidrográfica de drenagem; ! Relevo; ! Geologia, etc. Subetapa 2-3 Cálculo de L600 corrigida da BHD. (L600 corrida de cada UM x Superfície de cada UM) L600 da BHD = Superfície da BHD Etapa 3 Caracterização do clima e da pluviometria. Subetapa 3-1 Estimativa do total pluviométrico anual: P(mm), com um mapa de isoietas. Subetapa 3-2 Determinação da zona climática e do coeficiente de correção climático (C), com o mapa da Figura A.2.Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 37
  38. 38. Avaliação de Pequenas BarragensFigura A.2 Delimitação das Zonas ClimáticasManual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 38
  39. 39. Avaliação de Pequenas BarragensTabela A.1. Composição e Valores de 1600 das Unidades de MapeamentoNome da Componente 1 % Componente 2 % Componente 3 % Componente 4 % L600Associação de SoloBAHIAAQd3 AQd 70 LVd 30 3.0mmCe10 Ce.med.arg. 30 Ce.raso 50 Ce.vert. 20 28.0mmLEe4 LEe.med.arg. 45 Ce.med.arg. 35 Ce.raso 20 17.2mmLVd12 LVd.med.arg. 100 10.0mmLVd16 LVd.med.arg. 50 PE.med/arg. 30 SIPd.med.arg. 20 17.5mmLVd10 LVd.med.arg. 60 LVd.med.arg. 40 10.0mmLVd11 LVd.med.arg. 70 PE.med/arg. 30 14.5mmLVd13 LVd.med.arg. 100 10.0mmLVd14 LVd.med.arg. 100 10.0mmLVd1 LVd.arg. 100 15.0mmLVd20 LVd.med. 55 AQd 45 2.8mmLVd22 LVd.med.arg. 60 PE.med/arg. 40 16.0mmLVd2 LVd.arg. 100 15.0mmLVd21 LVd.med.arg. 100 10.0mmLVd7 LVd.arg. 100 15.0mmPE12 PE.med/arg. 65 LVd.med.arg. 20 BV 15 23.8mmPE13 PE.med/arg. 50 LVd.med.arg. 30 AQd 20 15.5mmPE44 PE.plin.abr. 50 PE.lat.aren/med 30 LVd.pp. 20 24.0mmPLSe20 PE.abr. 40 PLSe.ind. 60 52.0mmPLSe19 Pe.abr. 30 NC.plan. 20 PLSe.ind. 50 47.5mmPLSe21 V 30 SS.ind. 15 PLSe.ind. 55 64.7mmRd1 Rd 50 AF 50 63.5mmRd2 Rd 25 AQd 25 LVd.med. 25 AF 25 33.0mmREed1 REed 50 PLSe.ind. 30 Re 20 29.9mmZy Ce 86 LVe 14 10.0mmCEARÁAe3 PL.ind. 33 SH.ind. 33 Ae.ind. 34 72.9mmAQd4 AQd 30 PE.plin.abr. 25 PE.med. 25 AQd 20 13.0mmBV1 BV.trun. 55 25 PE.arg 20 49.7mmBV2 PE.arg. 20 Re 35 BV.trun. 45 47.4mmBV3 Re 20 NC.arg. 30 BV.trun. 50 48.5mmNC11 Re 25 NC.arg. 35 NC.vert. 40 32.2mmNC14 Re 30 NC.ind. 50 PL.ind 20 43.6mmNC15 NC.ind. 40 Re 25 PL.ind 20 SS.ind. 15 56.8mmNC3 Re 15 NC.arg. 50 PL.ind 20 SS.ind. 15 56.8mmNC7 Re 35 NC.arg. 40 NC.vert.arg. 25 34.0mmNC9 Re 20 NC.vert.arg. 50 PL.ind. 30 40.9mmPE10 PE.arg. 40 Pe.abr. 30 PE.lat.arg. 30 33.4mmPE11 PE.arg. 45 TRe.podz.arg. 30 Re.med.arg. 25 30.4mmPE13 PE.arg 65 LEe.podz. 35 25.8mmPE16 TRe.podz.arg. 25 PE.arg. 40 PE.raso.arg. 35 31.5mmPE17 PE.arg 50 Re 20 NC.arg. 30 37.0mmPE20 PE.arg 45 Re 40 PE.raso.arg. 15 37.0mmPE22 PE.arg 50 Re 30 NC.ind. 20 37.0mmPE23 PE.arg 50 PE.raso.arg. 30 Re 20 37.0mmPE26 PE.arg 40 Re 35 NC.arg. 25 37.0mmPE27 PE.arg 45 Re 20 NC.arg. 35 37.0mmPE29 PE.abr. 55 Re 25 NC.vert.arg. 20 28.0mmPE30 PE.abr. 50 PE.arg. 20 Re 30 31.0mmManual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 39

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