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Barragens
BUREAU OF RECLAMATION
                         BRASIL




6
MANUAL DE
            Avaliação de
            Pequenas Barragens
IRRIGAÇÃO
                       BRASÍLIA - DF
                          2002
Todos os Direitos Reservados
Copyright © 2002 Bureau of Reclamation
Os dados desse Manual estão sendo atualizados por técnicos do Bureau of Reclamation.
Estamos receptivos a sugestões técnicas e possíveis erros encontrados nessa versão. Favor
fazer a remessa de suas sugestões para o nosso endereço abaixo, ou se preferir por e-mail.
1ª Edição: Setembro de 1993
2ª Edição: Dezembro de 2002
Meio Eletrônico
Editor:
BUREAU OF RECLAMATION
SGA/Norte - Quadra 601 - Lote I - Sala 410
Edifício Sede da CODEVASF
Brasília - DF
CEP - 70830-901
Fone:      (061) 226-8466
                 226-4536
Fax:             225-9564
E-mail: burec2001@aol.com

Autores
Peter J. Hradilek
Engº Civil – Especialista em Barragens – “Bureau of Reclamation”
Anexo 1 – Dimensionamento de Pequenos Açudes
Benedito José Zelaquett Seraphin – SUDENE – Chefe do GT. HME Coordenação Administrativa
Eric Cadier – SUDENE / ORSTON – Hidrologia / Dimensionamento – Coordenação Técnica
Flávio Hugo Barreto B. Silva – EMBRAPA – Classificação Hidropedológica das Bacias
Jean Claude Leprun – EMBRAPA – Classificação Hidropedológica das Bacias
Jacques Marie Herbaud – SUDENE / ACQUAPLAN – Hidrologia
Frederico Roberto Doherty – SUDENE / IICA – Hidrologia / Modelização
Paulo Frassinete de A. Filho – SUDENE / IICA – Hidrologia
Francois Molle – SUDENE / COOPERAÇÃO FRANCESA – Dimensionamento / Manejo da Água
Carlos Henrique Cavalcanti de Albuquerque – SUDENE / CISAGRO – Computação / Modelização
Paulo Henrique Paes Nascimento – SUDENE / CISAGRO – Computação / Modelização
Marc Montgaillard – SUDENE / ORSTOM – Computação / Modelização
Equipe Técnica do Bureau of Reclamation no Brasil
Catarino Esquivel - Chefe da Equipe
Ricardo Rodrigues Lage - Especialista Administrativo
Evani F. Souza - Assistente Administrativo
Revisão Técnica:
CODEVASF / DNOCS / DNOS / SUDENE / ESTADOS – Vários Especialistas
Composição e Diagramação:
Print Laser – Assessoria Editorial Ltda


Ficha 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
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.




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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
Avaliação de Pequenas Barragens




                                               SUMÁRIO




APRESENTAÇÃO ............................................................................................................ 3

1      INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 8
       1.1 Objetivo do MANUAL ..................................................................................... 8

2      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 ........................................................................... 24

3      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 ................................................................ 26




Manual de Irrigação                       Copyright © Bureau of Reclamation                                                       5
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 .............................................................. 27

4      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 .............................................................. 30

5      HIDROLOGIA ....................................................................................................... 31
       5.1 Geral .......................................................................................................... 31
       5.2 Vazão de Projeto .......................................................................................... 31

6      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 ...................................................... 33

ANEXO ........................................................................................................................ 34

DIMENSIONAMENTO DE PEQUENOS AÇUDES ................................................................. 34
Equipe Técnica ............................................................................................................. 34
1.    Problemáticas do Dimensionamento ........................................................................ 35
2.    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 .................................................................. 43
3.    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 ...................................................... 45
4.    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 ................................................................. 50




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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 ....................................................... 68

BIBLIOGRAFIA .............................................................................................................. 70

BIBLIOGRAFIA – ANEXO ................................................................................................ 71




Manual de Irrigação                       Copyright © Bureau of Reclamation                                                      7
Avaliação de Pequenas Barragens




                                   INTRODUÇÃO




1.1        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
Avaliação de Pequenas Barragens




                                     BARRAGENS DE
                                     TERRA




2.1        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-




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                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 Estáveis


Tipo                                     Sujeito a Esvaziamento Rápido   Classificação do Solo         Montante         Jusante
Homogêneo ou Homogêneo-Modificado        Não                             GC,GM,SC,SMCL,MLCH,MH         2,5:13:13,5:1    2:12,5:12,5:1
Homogêneo-Modificado                     Sim                             GC,GM,SC,SMCL,MLCH,MH         3:13,5:14:1      2:12,5:12,5:1
Nota: 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 Estáveis


Tipo                   Sujeito a Esvaziamento Rápido   Classificação do Solo do Núcleo     Montante               Jusante
Núcleo Mínimo “A”      Não Importa                      GC,GM,SC,SMCL,ML,CH ou MH          2:1                    2:1
Núcleo Máximo          Não                             GC,GM,SC,SMCL,MLCH,MH               2:12,25:12,5:13:1      2:12,25:12,5:13:1
Núcleo Máximo          Sim                             GC,GM,SC,SMCL,MLCH,MH               2,5:12,5:13:13,5:1     2:12,25:12,5:13:1
Nota: 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).




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Figura 2.1            Barragens de terra homogênea – Seções Típicas




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Figura 2.2            Barragens de Terra Zoneada – Seções Típicas




Figura 2.3            Fundações Permeáveis – Profundidade Pequena




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                   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 Básicas
2.4.1        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                              2,0


2.5          Tipos de Fundações
2.5.1        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:




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                       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-




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Figura 2.4            Fundações Permeáveis – Profundidade Intermediária




Figura 2.5            Fundações Permeáveis – Profundidade Grande – Homogêneas




Figura 2.6            Seções de Jusante Típicas de Barragens sobre Fundações Permeáveis sem
                      “Cut-Off”




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                       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.




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Figura 2.7            Fundações Permeáveis – Estratificadas




Figura 2.8            Fundações Permeáveis Cobertas – Tratamento com Vala Drenante




Figura 2.9            Fundações Permeáveis Cobertas – Tratamento com Poços de Alívio




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Tabela 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 permeável


2.5.2.1          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-




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Figura 2.10           Fundações Permeáveis Saturadas




Figura 2.11           Regiões de Recalque – Densidade Versus Umidade




Figura 2.12           Regiões de Recalque – Densidade Versus Limite de Liquidez




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                      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              3m

Mole                            <4                                            Requer ensaios e análises especiais
Média                         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.




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2.7        Filtros
2.7.1      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 Drenantes
2.8.1      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:



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           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 Taludes
2.10.1     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.




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Figura 2.13           Riprap Lançado




Figura 2.14           Riprap com Pedra Arrumadas




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Tabela 2.6            Dimensionamento do “RIPRAP”

                                                                   Peso da Pedra (Kg) Distribuição
Inclinação              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        < 35
3:1                          >4               1,00         2.000         > 1.000     45 a 1.000       < 45
2:1                      qualquer             1,00         2.000         > 1.000     45 a 1.000       < 45



2.10.1.3      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 – Cimento




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                                   BARRAGENS DE
                                   CONCRETO




3.1        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.




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                    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 Básicas
3.5.1        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 Típica




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3.5.2        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 Esquemática




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                                   BARRAGENS DE
                                   ALVENARIA




4.1        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;




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             !     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 Típica

4.5          Dimensões Básicas
4.5.1        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.




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4.5.2        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 Esquemática




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                                   HIDROLOGIA




5.1        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.




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                                   VERTEDOUROS




6.1        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 vertedouro




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Figura 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 Vertedouro
6.3.1        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.




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                                  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.




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1.         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 Bacia

2.1.1      Características da Bacia Hidrográfica de Drenagem (BHD)

           Etapa 1

                 Determinação da Superfície (S), em km, da Bacia Hidrográfica de Drenagem (BHD),
                 com mapa topográfico.




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Figura A.1            Esquema Geral de Dimensionamento de Açudes no Semiárido




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           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.




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Figura A.2            Delimitação das Zonas Climáticas




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Tabela A.1.                 Composição e Valores de 1600 das Unidades de Mapeamento

Nome da
                      Componente 1   %      Componente 2     %     Componente 3   %     Componente 4   %    L600
Associação de Solo
BAHIA
AQd3                 AQd              70   LVd               30                                                    3.0mm
Ce10                 Ce.med.arg.      30   Ce.raso           50   Ce.vert.        20                           28.0mm
LEe4                 LEe.med.arg.     45   Ce.med.arg.       35   Ce.raso         20                           17.2mm
LVd12                LVd.med.arg.    100                                                                       10.0mm
LVd16                LVd.med.arg.     50   PE.med/arg.       30   SIPd.med.arg.   20                           17.5mm
LVd10                LVd.med.arg.     60   LVd.med.arg.      40                                                10.0mm
LVd11                LVd.med.arg.     70   PE.med/arg.       30                                                14.5mm
LVd13                LVd.med.arg.    100                                                                       10.0mm
LVd14                LVd.med.arg.    100                                                                       10.0mm
LVd1                 LVd.arg.        100                                                                       15.0mm
LVd20                LVd.med.         55   AQd               45                                                    2.8mm
LVd22                LVd.med.arg.     60   PE.med/arg.       40                                                16.0mm
LVd2                 LVd.arg.        100                                                                       15.0mm
LVd21                LVd.med.arg.    100                                                                       10.0mm
LVd7                 LVd.arg.        100                                                                       15.0mm
PE12                 PE.med/arg.      65   LVd.med.arg.      20   BV              15                           23.8mm
PE13                 PE.med/arg.      50   LVd.med.arg.      30   AQd             20                           15.5mm
PE44                 PE.plin.abr.     50   PE.lat.aren/med   30   LVd.pp.         20                           24.0mm
PLSe20               PE.abr.          40   PLSe.ind.         60                                                52.0mm
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PLSe21               V                30   SS.ind.           15   PLSe.ind.       55                           64.7mm
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Zy                   Ce               86   LVe               14                                                10.0mm
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Manual de Irrigação                    Copyright © Bureau of Reclamation                                                   39
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  • 2. BUREAU OF RECLAMATION BRASIL 6 MANUAL DE Avaliação de Pequenas Barragens IRRIGAÇÃO BRASÍLIA - DF 2002
  • 3. Todos os Direitos Reservados Copyright © 2002 Bureau of Reclamation Os dados desse Manual estão sendo atualizados por técnicos do Bureau of Reclamation. Estamos receptivos a sugestões técnicas e possíveis erros encontrados nessa versão. Favor fazer a remessa de suas sugestões para o nosso endereço abaixo, ou se preferir por e-mail. 1ª Edição: Setembro de 1993 2ª Edição: Dezembro de 2002 Meio Eletrônico Editor: BUREAU OF RECLAMATION SGA/Norte - Quadra 601 - Lote I - Sala 410 Edifício Sede da CODEVASF Brasília - DF CEP - 70830-901 Fone: (061) 226-8466 226-4536 Fax: 225-9564 E-mail: burec2001@aol.com Autores Peter J. Hradilek Engº Civil – Especialista em Barragens – “Bureau of Reclamation” Anexo 1 – Dimensionamento de Pequenos Açudes Benedito José Zelaquett Seraphin – SUDENE – Chefe do GT. HME Coordenação Administrativa Eric Cadier – SUDENE / ORSTON – Hidrologia / Dimensionamento – Coordenação Técnica Flávio Hugo Barreto B. Silva – EMBRAPA – Classificação Hidropedológica das Bacias Jean Claude Leprun – EMBRAPA – Classificação Hidropedológica das Bacias Jacques Marie Herbaud – SUDENE / ACQUAPLAN – Hidrologia Frederico Roberto Doherty – SUDENE / IICA – Hidrologia / Modelização Paulo Frassinete de A. Filho – SUDENE / IICA – Hidrologia Francois Molle – SUDENE / COOPERAÇÃO FRANCESA – Dimensionamento / Manejo da Água Carlos Henrique Cavalcanti de Albuquerque – SUDENE / CISAGRO – Computação / Modelização Paulo Henrique Paes Nascimento – SUDENE / CISAGRO – Computação / Modelização Marc Montgaillard – SUDENE / ORSTOM – Computação / Modelização Equipe Técnica do Bureau of Reclamation no Brasil Catarino Esquivel - Chefe da Equipe Ricardo Rodrigues Lage - Especialista Administrativo Evani F. Souza - Assistente Administrativo Revisão Técnica: CODEVASF / DNOCS / DNOS / SUDENE / ESTADOS – Vários Especialistas Composição e Diagramação: Print Laser – Assessoria Editorial Ltda Ficha 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
  • 4. 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
  • 5. 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
  • 6. Avaliação de Pequenas Barragens SUMÁRIO APRESENTAÇÃO ............................................................................................................ 3 1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 8 1.1 Objetivo do MANUAL ..................................................................................... 8 2 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 ........................................................................... 24 3 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 ................................................................ 26 Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 5
  • 7. 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 .............................................................. 27 4 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 .............................................................. 30 5 HIDROLOGIA ....................................................................................................... 31 5.1 Geral .......................................................................................................... 31 5.2 Vazão de Projeto .......................................................................................... 31 6 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 ...................................................... 33 ANEXO ........................................................................................................................ 34 DIMENSIONAMENTO DE PEQUENOS AÇUDES ................................................................. 34 Equipe Técnica ............................................................................................................. 34 1. Problemáticas do Dimensionamento ........................................................................ 35 2. 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 .................................................................. 43 3. 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 ...................................................... 45 4. 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 ................................................................. 50 Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 6
  • 8. 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 ....................................................... 68 BIBLIOGRAFIA .............................................................................................................. 70 BIBLIOGRAFIA – ANEXO ................................................................................................ 71 Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 7
  • 9. Avaliação de Pequenas Barragens INTRODUÇÃO 1.1 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
  • 10. Avaliação de Pequenas Barragens BARRAGENS DE TERRA 2.1 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
  • 11. 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 Estáveis Tipo Sujeito a Esvaziamento Rápido Classificação do Solo Montante Jusante Homogêneo ou Homogêneo-Modificado Não GC,GM,SC,SMCL,MLCH,MH 2,5:13:13,5:1 2:12,5:12,5:1 Homogêneo-Modificado Sim GC,GM,SC,SMCL,MLCH,MH 3:13,5:14:1 2:12,5:12,5:1 Nota: 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 Estáveis Tipo Sujeito a Esvaziamento Rápido Classificação do Solo do Núcleo Montante Jusante Núcleo Mínimo “A” Não Importa GC,GM,SC,SMCL,ML,CH ou MH 2:1 2:1 Núcleo Máximo Não GC,GM,SC,SMCL,MLCH,MH 2:12,25:12,5:13:1 2:12,25:12,5:13:1 Núcleo Máximo Sim GC,GM,SC,SMCL,MLCH,MH 2,5:12,5:13:13,5:1 2:12,25:12,5:13:1 Nota: 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
  • 12. Avaliação de Pequenas Barragens Figura 2.1 Barragens de terra homogênea – Seções Típicas Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 11
  • 13. Avaliação de Pequenas Barragens Figura 2.2 Barragens de Terra Zoneada – Seções Típicas Figura 2.3 Fundações Permeáveis – Profundidade Pequena Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 12
  • 14. 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 Básicas 2.4.1 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 2,0 2.5 Tipos de Fundações 2.5.1 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
  • 15. 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
  • 16. Avaliação de Pequenas Barragens Figura 2.4 Fundações Permeáveis – Profundidade Intermediária Figura 2.5 Fundações Permeáveis – Profundidade Grande – Homogêneas Figura 2.6 Seções de Jusante Típicas de Barragens sobre Fundações Permeáveis sem “Cut-Off” Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 15
  • 17. 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
  • 18. Avaliação de Pequenas Barragens Figura 2.7 Fundações Permeáveis – Estratificadas Figura 2.8 Fundações Permeáveis Cobertas – Tratamento com Vala Drenante Figura 2.9 Fundações Permeáveis Cobertas – Tratamento com Poços de Alívio Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 17
  • 19. Avaliação de Pequenas Barragens Tabela 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 permeável 2.5.2.1 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
  • 20. Avaliação de Pequenas Barragens Figura 2.10 Fundações Permeáveis Saturadas Figura 2.11 Regiões de Recalque – Densidade Versus Umidade Figura 2.12 Regiões de Recalque – Densidade Versus Limite de Liquidez Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 19
  • 21. 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 3m Mole <4 Requer ensaios e análises especiais Média 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
  • 22. Avaliação de Pequenas Barragens 2.7 Filtros 2.7.1 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 Drenantes 2.8.1 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
  • 23. 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 Taludes 2.10.1 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
  • 24. Avaliação de Pequenas Barragens Figura 2.13 Riprap Lançado Figura 2.14 Riprap com Pedra Arrumadas Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 23
  • 25. Avaliação de Pequenas Barragens Tabela 2.6 Dimensionamento do “RIPRAP” Peso da Pedra (Kg) Distribuição Inclinação 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 < 35 3:1 >4 1,00 2.000 > 1.000 45 a 1.000 < 45 2:1 qualquer 1,00 2.000 > 1.000 45 a 1.000 < 45 2.10.1.3 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 – Cimento Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 24
  • 26. Avaliação de Pequenas Barragens BARRAGENS DE CONCRETO 3.1 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
  • 27. 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 Básicas 3.5.1 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 Típica Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 26
  • 28. Avaliação de Pequenas Barragens 3.5.2 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 Esquemática Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 27
  • 29. Avaliação de Pequenas Barragens BARRAGENS DE ALVENARIA 4.1 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
  • 30. 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 Típica 4.5 Dimensões Básicas 4.5.1 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
  • 31. Avaliação de Pequenas Barragens 4.5.2 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 Esquemática Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 30
  • 32. Avaliação de Pequenas Barragens HIDROLOGIA 5.1 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
  • 33. Avaliação de Pequenas Barragens VERTEDOUROS 6.1 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 vertedouro Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 32
  • 34. Avaliação de Pequenas Barragens Figura 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 Vertedouro 6.3.1 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
  • 35. 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
  • 36. Avaliação de Pequenas Barragens 1. 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 Bacia 2.1.1 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
  • 37. Avaliação de Pequenas Barragens Figura A.1 Esquema Geral de Dimensionamento de Açudes no Semiárido Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 36
  • 38. 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
  • 39. Avaliação de Pequenas Barragens Figura A.2 Delimitação das Zonas Climáticas Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 38
  • 40. Avaliação de Pequenas Barragens Tabela A.1. Composição e Valores de 1600 das Unidades de Mapeamento Nome da Componente 1 % Componente 2 % Componente 3 % Componente 4 % L600 Associação de Solo BAHIA AQd3 AQd 70 LVd 30 3.0mm Ce10 Ce.med.arg. 30 Ce.raso 50 Ce.vert. 20 28.0mm LEe4 LEe.med.arg. 45 Ce.med.arg. 35 Ce.raso 20 17.2mm LVd12 LVd.med.arg. 100 10.0mm LVd16 LVd.med.arg. 50 PE.med/arg. 30 SIPd.med.arg. 20 17.5mm LVd10 LVd.med.arg. 60 LVd.med.arg. 40 10.0mm LVd11 LVd.med.arg. 70 PE.med/arg. 30 14.5mm LVd13 LVd.med.arg. 100 10.0mm LVd14 LVd.med.arg. 100 10.0mm LVd1 LVd.arg. 100 15.0mm LVd20 LVd.med. 55 AQd 45 2.8mm LVd22 LVd.med.arg. 60 PE.med/arg. 40 16.0mm LVd2 LVd.arg. 100 15.0mm LVd21 LVd.med.arg. 100 10.0mm LVd7 LVd.arg. 100 15.0mm PE12 PE.med/arg. 65 LVd.med.arg. 20 BV 15 23.8mm PE13 PE.med/arg. 50 LVd.med.arg. 30 AQd 20 15.5mm PE44 PE.plin.abr. 50 PE.lat.aren/med 30 LVd.pp. 20 24.0mm PLSe20 PE.abr. 40 PLSe.ind. 60 52.0mm PLSe19 Pe.abr. 30 NC.plan. 20 PLSe.ind. 50 47.5mm PLSe21 V 30 SS.ind. 15 PLSe.ind. 55 64.7mm Rd1 Rd 50 AF 50 63.5mm Rd2 Rd 25 AQd 25 LVd.med. 25 AF 25 33.0mm REed1 REed 50 PLSe.ind. 30 Re 20 29.9mm Zy Ce 86 LVe 14 10.0mm CEARÁ Ae3 PL.ind. 33 SH.ind. 33 Ae.ind. 34 72.9mm AQd4 AQd 30 PE.plin.abr. 25 PE.med. 25 AQd 20 13.0mm BV1 BV.trun. 55 25 PE.arg 20 49.7mm BV2 PE.arg. 20 Re 35 BV.trun. 45 47.4mm BV3 Re 20 NC.arg. 30 BV.trun. 50 48.5mm NC11 Re 25 NC.arg. 35 NC.vert. 40 32.2mm NC14 Re 30 NC.ind. 50 PL.ind 20 43.6mm NC15 NC.ind. 40 Re 25 PL.ind 20 SS.ind. 15 56.8mm NC3 Re 15 NC.arg. 50 PL.ind 20 SS.ind. 15 56.8mm NC7 Re 35 NC.arg. 40 NC.vert.arg. 25 34.0mm NC9 Re 20 NC.vert.arg. 50 PL.ind. 30 40.9mm PE10 PE.arg. 40 Pe.abr. 30 PE.lat.arg. 30 33.4mm PE11 PE.arg. 45 TRe.podz.arg. 30 Re.med.arg. 25 30.4mm PE13 PE.arg 65 LEe.podz. 35 25.8mm PE16 TRe.podz.arg. 25 PE.arg. 40 PE.raso.arg. 35 31.5mm PE17 PE.arg 50 Re 20 NC.arg. 30 37.0mm PE20 PE.arg 45 Re 40 PE.raso.arg. 15 37.0mm PE22 PE.arg 50 Re 30 NC.ind. 20 37.0mm PE23 PE.arg 50 PE.raso.arg. 30 Re 20 37.0mm PE26 PE.arg 40 Re 35 NC.arg. 25 37.0mm PE27 PE.arg 45 Re 20 NC.arg. 35 37.0mm PE29 PE.abr. 55 Re 25 NC.vert.arg. 20 28.0mm PE30 PE.abr. 50 PE.arg. 20 Re 30 31.0mm Manual de Irrigação Copyright © Bureau of Reclamation 39