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PROJETO DE PEQUENAS
BARRAGENS
CONCEITO DE BARRAGEM
CONCEITO DE BARRAGEM
 BARRAGEM é toda e qualquer barreira artificial que se interpõe a um
curso hídrico para interromper o transito das águas. (1)
 BARRAGEM é uma obra hidráulica e estrutural construída
normalmente na seção transversal do curso d´agua recolhendo as
vazões para alguma finalidade.
 BARRAGEM é uma obra hidráulica e estrutural que se interpõe em um
curso dágua represando-o e disciplinando o caminho que as águas do rio
devem seguir.(2)
 BARRAGEM: a estrutura hidráulica construída transversalmente a um
curso de água, dotada de mecanismos de controle, com a finalidade de
obter a elevação do seu nível de água ou de criar um reservatório de
acumulação de água ou de regularização de vazões;
CONCEITO DE BARRAGEM
BARRAGENS são estruturas destinadas à retenção e à
acumulação de água, e a arte de projetar uma barragem esta ligada
a arte de controlar o fluxo da água pelo conjunto barragem-
fundação.(3)
Sitio geotécnico
PLANTA BARRAGEM – ARROJADO LISBOA (CE)
A estrutura que deverá ser colocada aqui nesta seção tem
que ter as seguintes características :
-Deverá ser estável para as
diversas solicitações de carga,
durante a construção e operação.
- Deverá permitir a passagem de água para jusante.
ESQUEMA DE TOMADA DE ÁGUA
VÁLVULA BARRAGEM PEDRA REDONDA (PI)
- Deverá permitir a passagem de enchentes com segurança
VERTEDOURO ITAIPU – 62.000,00 m3/s
- Deverá permitir o monitoramento dos diversos elementos construídos.
FINALIDADES
- Regularização de vazões
A barragem com finalidade de regularização de vazões acumula parte
das águas disponíveis no período chuvoso para compensar os déficits no
período de estiagem, exercendo assim um efeito regularizador das
vazões naturais do rio.
- Abastecimento Humano e Animal
A capacidade de acumulação de uma barragem que será destinada ao
abastecimento humano e animal deverá atender a demanda prevista a
partir de cálculos de população.
- Abastecimento Industrial
Outra finalidade importante a qual pode se prestar uma barragem é a do
suprimento d´água para indústria. Geralmente os fatores econômicos da
implantação de indústrias tornam viável a construção de barragens.
- Controle de Enchentes
Neste caso a barragem é dimensionada para suportar o volume capaz
de ocorrer numa cheia máxima prevista. Passada a cheia, caso a
barragem seja exclusiva para esta finalidade, são abertos os dispositivos
de descarga de fundo, dimensionados para permitir esvaziamentos
rápidos. Na realidade toda grande barragem diminui as vazões efluentes
devido ao processo de amortecimento do reservatório.
- Irrigação
Para projetar uma barragem cuja destinação é atender demandas de
irrigação, deve-se levar em consideração os seguintes fatores:
 a barragem deve fornecer uma vazão regularizada, de modo a ser
capaz de suprir a demanda prevista para a área a ser irrigada;
 a água da barragem deve atender padrões de qualidade
compatíveis com as culturas planejadas, de forma a não ultrapassar
os teores de sais que as plantas podem suportar;
 Aspectos econômicos devem estar sempre presentes,
comandando os investimentos. Sem rentabilidade adequada através
da produção agrícola, a construção da obra poderá não ser viável;
- Energia Elétrica
A água captada no lago formado pela barragem é conduzida até a casa
de força através de canais, túneis e/ou condutos metálicos. Após passar
pela turbina hidráulica, na casa de força, a água é restituída ao leito
natural do rio, através do canal de fuga.
Dessa forma, a potência hidráulica é transformada em potência mecânica
quando a água passa pela turbina, fazendo com que esta gire, e, no
gerador - que também gira acoplado mecanicamente à turbina - a
potência mecânica é transformada em potência elétrica.
No Brasil, devido a sua enorme quantidade de rios, a maior parte da
energia elétrica disponível é proveniente de grandes usinas hidrelétricas.
A energia primária de uma hidrelétrica é a energia potencial gravitacional
da água contida numa represa elevada. Antes de se tornar energia
elétrica, a energia primária deve ser convertida em energia cinética de
rotação. O dispositivo que realiza essa transformação é a turbina.
Esquema de geração de energia
A quantidade de energia capaz de ser obtida de uma barragem pode ser
expressa por:
E = C Q H
Onde:
E = potência em kw
Q = descarga, em m3/s
H = altura, em m;
C = Coeficiente
Exemplo:
Cálculo da potencia para : Q = 1,00 m3/s
H = 15,0 m
Potência teórica(cv) = 13,33 x Q x H = 13,33 x 1 x 15 = 199,95 cv
Potência útil(cv) = Pot.teorica x 0,75=199,95 x 0,75 = 149,96 cv
Potência útil(kW) = Pot.útil(cv) x 0,736 = 149,96 x ,736=110,37kw
As grandes obras costumam enfrentar polêmicas, de todo tipo : Meio
Ambiente, Técnicas, Sociais, Culturais etc.
Na atualidade uma grande obra ainda chama atenção do mundo. A
construção na China da Usina de concreto das Três Gargantas, no rio
Yang Tse, o projeto de engenharia mais caro da história. Foi concluída
em maio de 2006. As turbinas serão instaladas até 2009 e terá uma
potencia instalada de 18,2 GW.
Vejamos alguns números desta grandiosa obra:
 Altura máxima : 183,00 m
 Comprimento pelo coroamento : 2.300,00 m
 Volume de concreto : 28 milhões de m3;
 Capacidade : 39,9 bilhões de m3;
 100 cidades inundadas;
 Um milhão de pessoas afetadas diretamente;
- Navegação
Outra finalidade de uma barragem pode ser propiciar a navegação no rio
- Piscicultura
A piscicultura é uma das finalidades a que se destina a maioria dos lagos
artificiais criados pela construção de barragens, principalmente no
Nordeste Brasileiro onde o DNOCS tem desenvolvido esta atividade de
forma crescente.
- Turismo e lazer
HISTÓRICO
As barragens constituem uma das mais antigas realizações humanas. A
primeira Barragem de pedras com argila foi construída 4000 anos a.c no
Egito, já a primeira Barragem de terra foi feita aproximadamente 500 A.C
no Sri- Lanka ( Ceilão) esta última com 20 m de altura e 15 km de
extensão pelo coroamento.
A barragem de Prosérpina construída no segundo século d.c. em Mérida
(Espanha), apresenta uma secção de dois muros de alvenaria de granito com um
núcleo de uma espécie de concreto ciclópico, tendo a jusante uma barragem de
terra de grande largura. A barragem tem uma altura máxima de 21,60m e um
comprimento pelo coroamento de 427,00 m e esta atualmente operando.
Outro exemplo de barragem antiga operando é a barragem no rio Oigawa (Japão)
com 97,00 m de altura. Esta barragem é chamada atualmente de barragem de
enrocamento com núcleo central.
Barragem Rio Oigawa
Grandes Barragens do mundo
Barragem Altura (m) País Tipo
Rogun 335 Tajikstan (Ex-URSS) Terra-Enrocamento
Nurek 300 Tajikstan (Ex-URSS) Terra
Grande
Dixence 285 Suiza Concreto
Inguri 272 Suiza Arco
Chicoasen 261 México Terra - Enrocamento
Irapé 208 Brasil - Minas Gerais Terra - Enrocamento
TIPOS DE BARRAGENS
Em função do material utilizado entre muitas classificações podemos
distinguir, dois tipos principais:
Barragens de concreto
-Barragem de gravidade
- Barragem em arco
- Barragem de contrafortes
- Barragem de gravidade aliviada
Barragens de aterro
-Barragens de terra
-Barragens de enrocamento
- Barragens de aterro hidráulico
Barragem de gravidade – chamam-se assim, porque a estabilidade da
estrutura depende de seu próprio peso. O eixo da barragem em geral é
uma linha reta, embora às vezes podem apresentar ligeira curvatura.
Barragem Poço de Marruá
BARRAGENS EM CCR:
À busca de materiais e técnicas alternativos associou-se a crescente
necessidade de diminuir os custos de construção. Um dos “grandes
resultados” desta busca foi a concepção e o desenvolvimento, a partir do
início da década de 1970, da técnica construtiva batizada de Concreto
Compactado com Rolo, ou CCR
Lançamento de CCR
Camada Bedding Mix – Barragem estrito
Barragem em arco – Este tipo de barragem, utiliza o principio de
funcionamento do arco, que trabalhando em compressão transporta as
forças de pressão da água para os lados e para a fundação.
Barragem em arco
Barragem em arco
Barragem de contrafortes – Os blocos de contraforte são elementos
estruturais concebidos para que a estabilidade seja garantida mais por
sua forma geométrica do que pelo peso.
Barragem lateral direita Itaipu (concreto) Altura máxima 64,50 m.
Barragem lateral direita Itaipu (concreto) Altura máxima 64,50 m.
Tipo Contraforte
Comprimento da crista 998 m
Altura máxima 64,5 m
Quantidade de blocos 58
Volume 800.000,00 m³
BARRAGEM DE TERRA
As barragens de terra compactada podem ser de dois tipos:
Barragens Homogêneas
As barragens homogêneas são aquelas constituídas de um só material,
normalmente decorrem da existência de um único tipo de solo na região.
As barragens homogêneas são feitas de solos argilosos e pouco
permeáveis. Devido a área grande da base, transmite esforços pequenos
para a fundação.
Barragens Homogêneas
Barragens Homogêneas
Barragens Homogêneas
Barragens Homogêneas
Barragem de terra Itaipu – margem direita
Barragens zoneadas
São formadas fundamentalmente por um núcleo de terra pouco
permeável situado entre zonas com permeabilidade elevada que
fornecem estabilidade ao conjunto. A quantidade e a disposição das
zonas podem variar, de acordo com a disponibilidade dos materiais
existentes no local Alguns autores definem como “barragem de terra com
diafragma”, as barragens zoneadas em que o núcleo é constituído de
material sílico-argiloso, de concreto ou asfalto.
Barragem zoneada
Barragem zoneada
Barragem de enrocamento
É um aterro construído com fragmentos de rocha e cascalho,compactado
em camadas com rolos vibratórios, com algum elemento de material
pouco permeável no maciço.
Podem ser:
- Barragens de enrocamento com núcleo de argila
(ECRD – Earth Core Rock Dams).
- Barragens de enrrocamento com face concreto
(CFRD – Concrete Face Rock Dams):
-Barragens de enrocamento com núcleo de argila
Barragem de Itaipu
Barragem Pedra Redonda – Tapete impermeabilizante
Barragens de enrocamento com face concreto
Barragem Campos Novos – SC
Barragem Campos Novos – SC
BARRAGENS NO PIAUI
Barragem Mesa de Pedra
Barragem Pedra Redonda
Barragem Salinas
Barragem Salinas – vertedouro lateral
Barragem Corredores
Barragem Estreito
OBRAS DE DESVIO DO
RIO
Definição do risco hidrológico
Características da obra
– tipo de maciço e estruturas de vertimento
– praça de obra (topografia local)
– geologia local
– interferência com obras definitivas
• Características Hidrológicas
– tipo de cheia
– existência de obras a montante ou a
jusante
– combinação das etapas com a
Ensecadeira
Cordão de material lançado no leito do curso d’água
com o objetivo de isolar uma área de trabalho.
Belo Monte
Obras de Desvio Principais
alternativas
1.Tubulação (pequenas obras
nas margens)
2.Estrangulamento do leito do
rio, desviando o fluxo para isolar
de área de trabalho – neste
caso, desvio em etapas
3.Canal escavado na margem
4.Túnel (regiões montanhosas)
1. Desvio utilizando uma tubulação
1. Desvio utilizando uma tubulação
ILHA SOLTEIRA
Desvio em Etapas
Etapas de Desvio – Canal Lateral
UHE CANOAS I - Rio Paranapanema
Segunda Etapa
O leito do rio ou canal auxiliar escavado
será fechado, e a água será desviada
para alguma das estruturas, que estará
preparada para o escoamento da água
nesta fase.
-Adufas ou galerias de desvio
-Soleira do vertedor rebaixada
-Estrutura da casa de força
A ensecadeira da primeira etapa será
parcial ou totalmente removida
Tempo de duração desta etapa é
menor, e portanto a vazão de projeto
adotada normalmente corresponde a
período de retorno 25 anos
Galeria de Desvio
(Adufa)
Desvio pela estrutura da casa de força
Desvio em Túneis
Túneis - Emboque
Túneis - Desemboque
PEQUENAS BARRAGENS
Uma pequena barragem ( H < 10,0 m) em principio deve ter todos os
elementos construtivos de uma grande barragem, a exclusão de algum
elemento de segurança ou proteção deve-se fazer por razões técnicas e
não econômicas.
Durante a execução devem ser observadas todas as normas técnicas de
construção, tanto nas obras de terra como de concreto.
PEQUENAS BARRAGENS (Cont.)
A compactação para qualquer barragem de terra deve obedecer a
espessura e energia de compactação, que garantam uma compactação a
100% do proctor normal do aterro. Não é pelo fato de se tratar de uma
pequena barragem que iremos a diminuir o número de passadas do rolo
compactador, ou aumentar a espessura da camada para concluir mais
rápido
Barragem Fortaleza – Pimenteiras
Barragem Fortaleza – Pimenteiras
Fundação da barragem – contato
Barrragem Sussuapara
Barrragem Sussuapara
Barrragem Sussuapara
Contato aterro x gabião
Barrragem Sussuapara
ELEMENTOS NA ESTRUTURA DA
BARRAGEM
Fonte: Diseño de Presas – Jaime Suarez Diaz
Ombreira direita
Muro do vertedouro
Vertedouro principal
Talude de jusante
Rip-Rap
coroamento
Talude de montante
Ombreira esquerda
Vertedouro de emergência
Pé do barramento
Bacia de
dissipação
Berma
Talude de montante
Corpo da barragem
Talude de jusante
Cut-off
Filtro vertical
Dreno (Rock-fill)
Rip-rap
Tapete drenante
Fundação
Corpo ou Maciço (em barragem de terra)
É a parte da barragem localizada no rio. É a que forma o
barramento.
Paramentos ou Taludes
São as superfícies inclinadas ou não que limitam o
corpo da barragem:
- paramento de montante - em contacto com a água
- paramento de jusante - corresponde à frente da
barragem.
Crista ou Coroamento da Barragem
Parte superior do corpo da barragem. Pode ser utilizada
como estrada.
Encontros ou Ombreiras
Superfícies laterais de contacto com as margens
do vale.
Fundação
Superfície inferior de contacto com o fundo vale.
Vertedouro
Também chamado de Sangradouro é a
estrutura que descarrega a água em excesso no
reservatório em período de cheia. É o órgão de
segurança da barragem. É o "ladrão" do
reservatório.
Vertedouro
Em alguns casos os vertedouros podem conter algum
mecanismo que regule a passagem do fluxo de água por
eles, este serviço geralmente é feito por comportas de
aço.
Barragem El Salto - República Dominicana
Curiosidade!!
A Usina Hidrelétrica de Tucuruí possui
o maior vertedouro do mundo com sua
vazão de projeto calculada para a
enchente decamilenar de 110.000 m3/s,
pode , no limite dar passagem à vazão de
até 120.000 m3/s. Esta vazão só é
igualada pelo vertedouro da Usina de Três
Gargantas na China.
Tomada de água
É a estrutura que tem como finalidade controlar,
regular e derivar água do reservatório para sua
utilização.
Descarregador de fundo
Estrutura que serve para esvaziamento do
reservatório ou para a manutenção da vazão
ecológica a jusante da barragem.
Nas barragens construídas no Nordeste a tomada
dágua atua como descarregador de fundo.
Descarregador de fundo
Fonte: Diseño de Presas – Jaime Suarez Diaz
Bacia de Dissipação
É a estrutura onde se dissipa a energia do ressalto hidráulico
produzido pela água descarregada pelo vertedor antes de que esta
chegue ao leito do rio.
Vista frontal da bacia de dissipação - Barragem Jiguey – Rep. Dominicana
ELEMENTOS DE PROTEÇÃO DA
BARRAGEM
(BARRAGEM DE TERRA)
.
Cut-off
Filtro vertical
Rock-fill
Rip-rap
Tapete drenante
a) No talude de montante:
Para proteção do talude de montante é
utilizado o “Rip rap” que não é mais do que
rocha arrumada ou lançada para proteção
contra a ação da água no talude.
Proteção no talude de Montante – Barragem Salinas – São Francisco do Piauí
b) No talude de jusante
1. Plantar grama para evitar a erosão por efeito
das chuvas.
2. Construir um sistema de drenos formado por
calhas coletoras que conduzem a água de
chuva até o pé da barragem.
Proteção nos taludes de montante e jusante –
Barragem Maguaca –República Dominicana
Uso de grama como proteção do talude de montante
Fonte: Diseño de Presas – Jaime Suarez Diaz
Proteção do talude de montante com sistema de drenagem
Barragem Corredores, Campo Maior, Piauí
C) Nas Ombreiras
Proteção com calhas constituídas por pedras
rejuntadas com argamassa de cimento.
d) O coroamento
1. Construção de meio-fio a cada lado do
coroamento com intervalos regulares de aberturas
para a saída da água de chuva.
2. Declividade transversal (pequena) no coroamento
da barragem, para evitar o acúmulo da água de
chuva (máximo até 3%).
Vista de meio-fio para proteção do
coroamento
Barragem Pedra Redonda,
Conceição do Canindé - Piauí
e) Na fundação
Com a construção do “cut-off” - trincheira
escavada na fundação de barragens de terra e
preenchida com material de baixa
permeabilidade para evitar a percolação e
aumentar a resistência ao deslizamento.
e) No corpo da barragem
Com a construção de sistemas de filtros de areia e
de enrocamento e areia para conduzir a água (que
percola através do maciço) de montante até o pé de
jusante da barragem e evitar o colapso da estrutura.
São usados filtros que podem ser verticais,
inclinados, tapete drenante e dreno de pé da
barragem (Rock-fill).
Tapete drenante Filtro inclinado e Tapete drenante
Filtro vertical e Tapete drenante Dreno de pé – Rock-fill
ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DA
BARRAGEM
a) Capacidade do reservatório
As características físicas do reservatório, em especial
a sua capacidade de armazenamento dependem,
exclusivamente, das características topográficas do
vale onde estará situado.
Eixo da barragem
101
100
103
104
102
ÁREA 100 = 980 m2
ÁREA 101 = 1680 m2
ÁREA 102 = 2048 m2
ÁREA 103 = 2720 m2
Vol. total acumulado = V100 + V101 + V102 + V103
Cálculo cota X área X volume
O estudo do comportamento hidrológico da bacia e a
resposta fluvial de sua rede de drenagem oferece ao
projetista elementos para definir qual o volume que
deverá ser acumulado de modo a formar a relação:
Custo da obra / volume acumulado
(a mais aceitável possível)
b) Comprimento da barragem
É a distância entre as duas ombreiras. É
determinada pela abertura do vale onde estará
localizada a obra.
c) Largura da base da Barragem
É a maior dimensão transversal do maciço,
onde este se encontra apoiado sobre o
terreno.
d) Largura do coroamento
A largura do coroamento depende de vários
fatores, tais como:
 Nível máximo dágua na barragem;
 Facilidade de execução;
 Necessidade de passagem de rodovia sobre a
barragem..
Existem as seguintes fórmulas para o cálculo da
largura do coroamento:
Onde:
H = altura máxima da barragem (m)
B = largura do coroamento.
O DNOCS adota 3,00 m de largura para barragens de até 10 m de altura
O “Bureau of Reclamation” sugere, como mínimo, 6m.
e) volume útil
Volume destinado ao atendimento das
demandas de água. Compreendido entre os
níveis mínimo operacional e máximo
operacional.
f) volume morto
Volume destinado a receber os sedimentos
depositados durante a vida útil do reservatório.
Compreendido entre o nível mínimo e o fundo
do reservatório.
Nível máximo de operação
Nível mínimo
de operação
Volume Útil
Volume Morto
g) Altura da barragem
Cota da crista da barragem
A altura da barragem é formada por duas
parcelas:
Altura de acumulação (Nível normal)
Revanche: diferença existente entre a cota do
coroamento da barragem e a soleira do
sangradouro, isto é, a cota a partir da qual a água
começa a verter através do sangradouro ou
vertedouro.
H = ha + R
Onde:
H = altura da barragem;
ha = altura de acumulação ou Nível normal;
R = revanche
A revanche também esta composta por duas
parcelas:
a) Folga ou Borda livre: diferença entre a cota do
coroamento e a cota máxima de sangria. Segurança
adicional para evitar eventuais transbordamentos sobre a
crista em condições excepcionais.
b) Lâmina máxima de sangria (Lmax): diferença entre a cota
máxima de sangria e a cota da soleira do vertedouro ou
elevação do nível das águas durante as grandes cheias.
Esta lâmina é determinada nos cálculos do sangradouro.
Para o cálculo da Folga é levada em
consideração a superelevação das ondas
provocada pelos ventos.
 Superelevação das ondas (hse):
quando o vento sopra numa mesma direção,
regularmente, ocorre o deslocamento das águas para um
extremo do lago como se houvera uma ação cisalhante
sobre a superfície líquida. Tal ação provoca uma onda que
ultrapassa a decorrente da ação normal de vento.
A superelevação é calculada através da seguinte
expressão proposta por Zuider Zee:
Onde:
hse = superelevação, em m;
V = velocidade do vento em m/s;
Lf = “fetch” em km
K = constante = 62.000
d = profundidade média do lago, em m.
d = Volume (correspondentes à profundidade normal do reservatório)
Área
hse = __V2 Lf __
K d
A superelevação sobre as margens do lago e, consequentemente
sobre o reservatório, dependerá da freqüência com que acontecem
as lufadas de vento, bem como do comprimento do “fetch”.
Thomas oferece alguns valores para que haja superelevação:
Fetch
Duração dos
ventos (hora)
Velocidades
(Km/h)
3 1
20 3
80 4 80
80 8 40
“Fetch”
O Fetch é o comprimento efetivo da reta traçada
na direção do vento, entre o local da barragem e a
margem oposta mais afastada. É determinado pela
expressão:
Onde:
• Lf = “fetch” em km;
•  = ângulo formado entre a direção do vento e L;
• L= comprimento da reta perpendicular ao eixo da
barragem traçada entre esta e a margem oposta
mais afastada do lago.
Lf = L cos 
A Folga é calculada, então, através da seguinte expressão:
F = 0,75 ho + Vo
2
2g
Onde:
F = folga, em metros;
ho = altura de ondas , em metros
Vo = velocidade das ondas, em m/s;
g = aceleração da gravidade
A velocidade das ondas é dada pela seguinte expressão
(Gaillard):
Vo = 1,5 + 2ho
Onde:
Vo = velocidade das ondas, em m/s, medida a 10 cm da superfície;
ho = altura das ondas, em metro.
Para o cálculo de ho, é utilizada também a seguinte
expressão analítica (Stevenson) em função do
“fetch”:
- para Lf < 18 km  ho = 0,75 + 0,34 (Lf)½ - 0,26 (Lf)1/4
- para Lf > 18 km  ho = 0,34 (Lf)½
O “Bureau of Reclamation” dos EUA (USBR) recomenda
os seguintes valores para a Folga em função do “fetch”:
Fetch
(km)
Folga
normal
(m)
Folga
mínima
(m)
< 1,5 1,2 1,0
1,5 1,5 1,2
4,0 1,8 1,5
8,0 2,5 1,8
16,0 3,0 2,5
g) Nível Máximo
Cota máxima permitida para a operação do reservatório.
Define o limite superior do volume útil do reservatório.
h) Nível Máximo Maximorum
Corresponde à elevação máxima disponível para a
passagem de ondas de cheia.

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  • 2. CONCEITO DE BARRAGEM  BARRAGEM é toda e qualquer barreira artificial que se interpõe a um curso hídrico para interromper o transito das águas. (1)  BARRAGEM é uma obra hidráulica e estrutural construída normalmente na seção transversal do curso d´agua recolhendo as vazões para alguma finalidade.  BARRAGEM é uma obra hidráulica e estrutural que se interpõe em um curso dágua represando-o e disciplinando o caminho que as águas do rio devem seguir.(2)  BARRAGEM: a estrutura hidráulica construída transversalmente a um curso de água, dotada de mecanismos de controle, com a finalidade de obter a elevação do seu nível de água ou de criar um reservatório de acumulação de água ou de regularização de vazões;
  • 3. CONCEITO DE BARRAGEM BARRAGENS são estruturas destinadas à retenção e à acumulação de água, e a arte de projetar uma barragem esta ligada a arte de controlar o fluxo da água pelo conjunto barragem- fundação.(3)
  • 5. PLANTA BARRAGEM – ARROJADO LISBOA (CE)
  • 6. A estrutura que deverá ser colocada aqui nesta seção tem que ter as seguintes características : -Deverá ser estável para as diversas solicitações de carga, durante a construção e operação.
  • 7. - Deverá permitir a passagem de água para jusante. ESQUEMA DE TOMADA DE ÁGUA
  • 8. VÁLVULA BARRAGEM PEDRA REDONDA (PI)
  • 9. - Deverá permitir a passagem de enchentes com segurança VERTEDOURO ITAIPU – 62.000,00 m3/s - Deverá permitir o monitoramento dos diversos elementos construídos.
  • 10. FINALIDADES - Regularização de vazões A barragem com finalidade de regularização de vazões acumula parte das águas disponíveis no período chuvoso para compensar os déficits no período de estiagem, exercendo assim um efeito regularizador das vazões naturais do rio. - Abastecimento Humano e Animal A capacidade de acumulação de uma barragem que será destinada ao abastecimento humano e animal deverá atender a demanda prevista a partir de cálculos de população.
  • 11. - Abastecimento Industrial Outra finalidade importante a qual pode se prestar uma barragem é a do suprimento d´água para indústria. Geralmente os fatores econômicos da implantação de indústrias tornam viável a construção de barragens. - Controle de Enchentes Neste caso a barragem é dimensionada para suportar o volume capaz de ocorrer numa cheia máxima prevista. Passada a cheia, caso a barragem seja exclusiva para esta finalidade, são abertos os dispositivos de descarga de fundo, dimensionados para permitir esvaziamentos rápidos. Na realidade toda grande barragem diminui as vazões efluentes devido ao processo de amortecimento do reservatório.
  • 12. - Irrigação Para projetar uma barragem cuja destinação é atender demandas de irrigação, deve-se levar em consideração os seguintes fatores:  a barragem deve fornecer uma vazão regularizada, de modo a ser capaz de suprir a demanda prevista para a área a ser irrigada;  a água da barragem deve atender padrões de qualidade compatíveis com as culturas planejadas, de forma a não ultrapassar os teores de sais que as plantas podem suportar;  Aspectos econômicos devem estar sempre presentes, comandando os investimentos. Sem rentabilidade adequada através da produção agrícola, a construção da obra poderá não ser viável;
  • 13. - Energia Elétrica A água captada no lago formado pela barragem é conduzida até a casa de força através de canais, túneis e/ou condutos metálicos. Após passar pela turbina hidráulica, na casa de força, a água é restituída ao leito natural do rio, através do canal de fuga.
  • 14. Dessa forma, a potência hidráulica é transformada em potência mecânica quando a água passa pela turbina, fazendo com que esta gire, e, no gerador - que também gira acoplado mecanicamente à turbina - a potência mecânica é transformada em potência elétrica.
  • 15. No Brasil, devido a sua enorme quantidade de rios, a maior parte da energia elétrica disponível é proveniente de grandes usinas hidrelétricas. A energia primária de uma hidrelétrica é a energia potencial gravitacional da água contida numa represa elevada. Antes de se tornar energia elétrica, a energia primária deve ser convertida em energia cinética de rotação. O dispositivo que realiza essa transformação é a turbina.
  • 16. Esquema de geração de energia
  • 17. A quantidade de energia capaz de ser obtida de uma barragem pode ser expressa por: E = C Q H Onde: E = potência em kw Q = descarga, em m3/s H = altura, em m; C = Coeficiente
  • 18. Exemplo: Cálculo da potencia para : Q = 1,00 m3/s H = 15,0 m Potência teórica(cv) = 13,33 x Q x H = 13,33 x 1 x 15 = 199,95 cv Potência útil(cv) = Pot.teorica x 0,75=199,95 x 0,75 = 149,96 cv Potência útil(kW) = Pot.útil(cv) x 0,736 = 149,96 x ,736=110,37kw
  • 19. As grandes obras costumam enfrentar polêmicas, de todo tipo : Meio Ambiente, Técnicas, Sociais, Culturais etc. Na atualidade uma grande obra ainda chama atenção do mundo. A construção na China da Usina de concreto das Três Gargantas, no rio Yang Tse, o projeto de engenharia mais caro da história. Foi concluída em maio de 2006. As turbinas serão instaladas até 2009 e terá uma potencia instalada de 18,2 GW.
  • 20. Vejamos alguns números desta grandiosa obra:  Altura máxima : 183,00 m  Comprimento pelo coroamento : 2.300,00 m  Volume de concreto : 28 milhões de m3;  Capacidade : 39,9 bilhões de m3;  100 cidades inundadas;  Um milhão de pessoas afetadas diretamente;
  • 21. - Navegação Outra finalidade de uma barragem pode ser propiciar a navegação no rio - Piscicultura A piscicultura é uma das finalidades a que se destina a maioria dos lagos artificiais criados pela construção de barragens, principalmente no Nordeste Brasileiro onde o DNOCS tem desenvolvido esta atividade de forma crescente. - Turismo e lazer
  • 22. HISTÓRICO As barragens constituem uma das mais antigas realizações humanas. A primeira Barragem de pedras com argila foi construída 4000 anos a.c no Egito, já a primeira Barragem de terra foi feita aproximadamente 500 A.C no Sri- Lanka ( Ceilão) esta última com 20 m de altura e 15 km de extensão pelo coroamento.
  • 23. A barragem de Prosérpina construída no segundo século d.c. em Mérida (Espanha), apresenta uma secção de dois muros de alvenaria de granito com um núcleo de uma espécie de concreto ciclópico, tendo a jusante uma barragem de terra de grande largura. A barragem tem uma altura máxima de 21,60m e um comprimento pelo coroamento de 427,00 m e esta atualmente operando.
  • 24. Outro exemplo de barragem antiga operando é a barragem no rio Oigawa (Japão) com 97,00 m de altura. Esta barragem é chamada atualmente de barragem de enrocamento com núcleo central. Barragem Rio Oigawa
  • 25. Grandes Barragens do mundo Barragem Altura (m) País Tipo Rogun 335 Tajikstan (Ex-URSS) Terra-Enrocamento Nurek 300 Tajikstan (Ex-URSS) Terra Grande Dixence 285 Suiza Concreto Inguri 272 Suiza Arco Chicoasen 261 México Terra - Enrocamento Irapé 208 Brasil - Minas Gerais Terra - Enrocamento
  • 26. TIPOS DE BARRAGENS Em função do material utilizado entre muitas classificações podemos distinguir, dois tipos principais: Barragens de concreto -Barragem de gravidade - Barragem em arco - Barragem de contrafortes - Barragem de gravidade aliviada Barragens de aterro -Barragens de terra -Barragens de enrocamento - Barragens de aterro hidráulico
  • 27. Barragem de gravidade – chamam-se assim, porque a estabilidade da estrutura depende de seu próprio peso. O eixo da barragem em geral é uma linha reta, embora às vezes podem apresentar ligeira curvatura.
  • 28. Barragem Poço de Marruá
  • 29. BARRAGENS EM CCR: À busca de materiais e técnicas alternativos associou-se a crescente necessidade de diminuir os custos de construção. Um dos “grandes resultados” desta busca foi a concepção e o desenvolvimento, a partir do início da década de 1970, da técnica construtiva batizada de Concreto Compactado com Rolo, ou CCR
  • 31. Camada Bedding Mix – Barragem estrito
  • 32. Barragem em arco – Este tipo de barragem, utiliza o principio de funcionamento do arco, que trabalhando em compressão transporta as forças de pressão da água para os lados e para a fundação.
  • 35. Barragem de contrafortes – Os blocos de contraforte são elementos estruturais concebidos para que a estabilidade seja garantida mais por sua forma geométrica do que pelo peso.
  • 36. Barragem lateral direita Itaipu (concreto) Altura máxima 64,50 m.
  • 37. Barragem lateral direita Itaipu (concreto) Altura máxima 64,50 m. Tipo Contraforte Comprimento da crista 998 m Altura máxima 64,5 m Quantidade de blocos 58 Volume 800.000,00 m³
  • 38. BARRAGEM DE TERRA As barragens de terra compactada podem ser de dois tipos: Barragens Homogêneas As barragens homogêneas são aquelas constituídas de um só material, normalmente decorrem da existência de um único tipo de solo na região. As barragens homogêneas são feitas de solos argilosos e pouco permeáveis. Devido a área grande da base, transmite esforços pequenos para a fundação.
  • 43. Barragem de terra Itaipu – margem direita
  • 44. Barragens zoneadas São formadas fundamentalmente por um núcleo de terra pouco permeável situado entre zonas com permeabilidade elevada que fornecem estabilidade ao conjunto. A quantidade e a disposição das zonas podem variar, de acordo com a disponibilidade dos materiais existentes no local Alguns autores definem como “barragem de terra com diafragma”, as barragens zoneadas em que o núcleo é constituído de material sílico-argiloso, de concreto ou asfalto.
  • 47. Barragem de enrocamento É um aterro construído com fragmentos de rocha e cascalho,compactado em camadas com rolos vibratórios, com algum elemento de material pouco permeável no maciço. Podem ser: - Barragens de enrocamento com núcleo de argila (ECRD – Earth Core Rock Dams). - Barragens de enrrocamento com face concreto (CFRD – Concrete Face Rock Dams):
  • 48. -Barragens de enrocamento com núcleo de argila Barragem de Itaipu
  • 49. Barragem Pedra Redonda – Tapete impermeabilizante
  • 50. Barragens de enrocamento com face concreto Barragem Campos Novos – SC
  • 55. Barragem Salinas – vertedouro lateral
  • 58. OBRAS DE DESVIO DO RIO
  • 59. Definição do risco hidrológico Características da obra – tipo de maciço e estruturas de vertimento – praça de obra (topografia local) – geologia local – interferência com obras definitivas • Características Hidrológicas – tipo de cheia – existência de obras a montante ou a jusante – combinação das etapas com a
  • 60. Ensecadeira Cordão de material lançado no leito do curso d’água com o objetivo de isolar uma área de trabalho.
  • 61.
  • 62.
  • 64. Obras de Desvio Principais alternativas 1.Tubulação (pequenas obras nas margens) 2.Estrangulamento do leito do rio, desviando o fluxo para isolar de área de trabalho – neste caso, desvio em etapas 3.Canal escavado na margem 4.Túnel (regiões montanhosas)
  • 65. 1. Desvio utilizando uma tubulação
  • 66. 1. Desvio utilizando uma tubulação
  • 68.
  • 69.
  • 70.
  • 71. Etapas de Desvio – Canal Lateral
  • 72. UHE CANOAS I - Rio Paranapanema
  • 73.
  • 74.
  • 75.
  • 76.
  • 77.
  • 78. Segunda Etapa O leito do rio ou canal auxiliar escavado será fechado, e a água será desviada para alguma das estruturas, que estará preparada para o escoamento da água nesta fase. -Adufas ou galerias de desvio -Soleira do vertedor rebaixada -Estrutura da casa de força
  • 79. A ensecadeira da primeira etapa será parcial ou totalmente removida Tempo de duração desta etapa é menor, e portanto a vazão de projeto adotada normalmente corresponde a período de retorno 25 anos
  • 80.
  • 81.
  • 83.
  • 84. Desvio pela estrutura da casa de força
  • 87.
  • 89. PEQUENAS BARRAGENS Uma pequena barragem ( H < 10,0 m) em principio deve ter todos os elementos construtivos de uma grande barragem, a exclusão de algum elemento de segurança ou proteção deve-se fazer por razões técnicas e não econômicas. Durante a execução devem ser observadas todas as normas técnicas de construção, tanto nas obras de terra como de concreto.
  • 90. PEQUENAS BARRAGENS (Cont.) A compactação para qualquer barragem de terra deve obedecer a espessura e energia de compactação, que garantam uma compactação a 100% do proctor normal do aterro. Não é pelo fato de se tratar de uma pequena barragem que iremos a diminuir o número de passadas do rolo compactador, ou aumentar a espessura da camada para concluir mais rápido
  • 91. Barragem Fortaleza – Pimenteiras
  • 92. Barragem Fortaleza – Pimenteiras Fundação da barragem – contato
  • 97.
  • 98. ELEMENTOS NA ESTRUTURA DA BARRAGEM
  • 99. Fonte: Diseño de Presas – Jaime Suarez Diaz Ombreira direita Muro do vertedouro Vertedouro principal Talude de jusante Rip-Rap coroamento Talude de montante Ombreira esquerda Vertedouro de emergência Pé do barramento Bacia de dissipação Berma
  • 100. Talude de montante Corpo da barragem Talude de jusante Cut-off Filtro vertical Dreno (Rock-fill) Rip-rap Tapete drenante Fundação
  • 101. Corpo ou Maciço (em barragem de terra) É a parte da barragem localizada no rio. É a que forma o barramento. Paramentos ou Taludes São as superfícies inclinadas ou não que limitam o corpo da barragem: - paramento de montante - em contacto com a água - paramento de jusante - corresponde à frente da barragem. Crista ou Coroamento da Barragem Parte superior do corpo da barragem. Pode ser utilizada como estrada.
  • 102. Encontros ou Ombreiras Superfícies laterais de contacto com as margens do vale. Fundação Superfície inferior de contacto com o fundo vale. Vertedouro Também chamado de Sangradouro é a estrutura que descarrega a água em excesso no reservatório em período de cheia. É o órgão de segurança da barragem. É o "ladrão" do reservatório.
  • 104. Em alguns casos os vertedouros podem conter algum mecanismo que regule a passagem do fluxo de água por eles, este serviço geralmente é feito por comportas de aço. Barragem El Salto - República Dominicana
  • 105. Curiosidade!! A Usina Hidrelétrica de Tucuruí possui o maior vertedouro do mundo com sua vazão de projeto calculada para a enchente decamilenar de 110.000 m3/s, pode , no limite dar passagem à vazão de até 120.000 m3/s. Esta vazão só é igualada pelo vertedouro da Usina de Três Gargantas na China.
  • 106.
  • 107. Tomada de água É a estrutura que tem como finalidade controlar, regular e derivar água do reservatório para sua utilização. Descarregador de fundo Estrutura que serve para esvaziamento do reservatório ou para a manutenção da vazão ecológica a jusante da barragem. Nas barragens construídas no Nordeste a tomada dágua atua como descarregador de fundo.
  • 108. Descarregador de fundo Fonte: Diseño de Presas – Jaime Suarez Diaz
  • 109. Bacia de Dissipação É a estrutura onde se dissipa a energia do ressalto hidráulico produzido pela água descarregada pelo vertedor antes de que esta chegue ao leito do rio. Vista frontal da bacia de dissipação - Barragem Jiguey – Rep. Dominicana
  • 110. ELEMENTOS DE PROTEÇÃO DA BARRAGEM (BARRAGEM DE TERRA)
  • 112. a) No talude de montante: Para proteção do talude de montante é utilizado o “Rip rap” que não é mais do que rocha arrumada ou lançada para proteção contra a ação da água no talude.
  • 113. Proteção no talude de Montante – Barragem Salinas – São Francisco do Piauí
  • 114. b) No talude de jusante 1. Plantar grama para evitar a erosão por efeito das chuvas. 2. Construir um sistema de drenos formado por calhas coletoras que conduzem a água de chuva até o pé da barragem.
  • 115. Proteção nos taludes de montante e jusante – Barragem Maguaca –República Dominicana
  • 116. Uso de grama como proteção do talude de montante Fonte: Diseño de Presas – Jaime Suarez Diaz
  • 117. Proteção do talude de montante com sistema de drenagem Barragem Corredores, Campo Maior, Piauí
  • 118. C) Nas Ombreiras Proteção com calhas constituídas por pedras rejuntadas com argamassa de cimento. d) O coroamento 1. Construção de meio-fio a cada lado do coroamento com intervalos regulares de aberturas para a saída da água de chuva. 2. Declividade transversal (pequena) no coroamento da barragem, para evitar o acúmulo da água de chuva (máximo até 3%).
  • 119. Vista de meio-fio para proteção do coroamento Barragem Pedra Redonda, Conceição do Canindé - Piauí
  • 120. e) Na fundação Com a construção do “cut-off” - trincheira escavada na fundação de barragens de terra e preenchida com material de baixa permeabilidade para evitar a percolação e aumentar a resistência ao deslizamento.
  • 121. e) No corpo da barragem Com a construção de sistemas de filtros de areia e de enrocamento e areia para conduzir a água (que percola através do maciço) de montante até o pé de jusante da barragem e evitar o colapso da estrutura. São usados filtros que podem ser verticais, inclinados, tapete drenante e dreno de pé da barragem (Rock-fill).
  • 122. Tapete drenante Filtro inclinado e Tapete drenante Filtro vertical e Tapete drenante Dreno de pé – Rock-fill
  • 124. a) Capacidade do reservatório As características físicas do reservatório, em especial a sua capacidade de armazenamento dependem, exclusivamente, das características topográficas do vale onde estará situado.
  • 125. Eixo da barragem 101 100 103 104 102 ÁREA 100 = 980 m2 ÁREA 101 = 1680 m2 ÁREA 102 = 2048 m2 ÁREA 103 = 2720 m2 Vol. total acumulado = V100 + V101 + V102 + V103 Cálculo cota X área X volume
  • 126.
  • 127. O estudo do comportamento hidrológico da bacia e a resposta fluvial de sua rede de drenagem oferece ao projetista elementos para definir qual o volume que deverá ser acumulado de modo a formar a relação: Custo da obra / volume acumulado (a mais aceitável possível)
  • 128. b) Comprimento da barragem É a distância entre as duas ombreiras. É determinada pela abertura do vale onde estará localizada a obra. c) Largura da base da Barragem É a maior dimensão transversal do maciço, onde este se encontra apoiado sobre o terreno.
  • 129. d) Largura do coroamento A largura do coroamento depende de vários fatores, tais como:  Nível máximo dágua na barragem;  Facilidade de execução;  Necessidade de passagem de rodovia sobre a barragem..
  • 130. Existem as seguintes fórmulas para o cálculo da largura do coroamento: Onde: H = altura máxima da barragem (m) B = largura do coroamento. O DNOCS adota 3,00 m de largura para barragens de até 10 m de altura O “Bureau of Reclamation” sugere, como mínimo, 6m.
  • 131. e) volume útil Volume destinado ao atendimento das demandas de água. Compreendido entre os níveis mínimo operacional e máximo operacional. f) volume morto Volume destinado a receber os sedimentos depositados durante a vida útil do reservatório. Compreendido entre o nível mínimo e o fundo do reservatório.
  • 132. Nível máximo de operação Nível mínimo de operação Volume Útil Volume Morto
  • 133. g) Altura da barragem Cota da crista da barragem
  • 134. A altura da barragem é formada por duas parcelas: Altura de acumulação (Nível normal) Revanche: diferença existente entre a cota do coroamento da barragem e a soleira do sangradouro, isto é, a cota a partir da qual a água começa a verter através do sangradouro ou vertedouro. H = ha + R Onde: H = altura da barragem; ha = altura de acumulação ou Nível normal; R = revanche
  • 135. A revanche também esta composta por duas parcelas: a) Folga ou Borda livre: diferença entre a cota do coroamento e a cota máxima de sangria. Segurança adicional para evitar eventuais transbordamentos sobre a crista em condições excepcionais. b) Lâmina máxima de sangria (Lmax): diferença entre a cota máxima de sangria e a cota da soleira do vertedouro ou elevação do nível das águas durante as grandes cheias. Esta lâmina é determinada nos cálculos do sangradouro.
  • 136. Para o cálculo da Folga é levada em consideração a superelevação das ondas provocada pelos ventos.  Superelevação das ondas (hse): quando o vento sopra numa mesma direção, regularmente, ocorre o deslocamento das águas para um extremo do lago como se houvera uma ação cisalhante sobre a superfície líquida. Tal ação provoca uma onda que ultrapassa a decorrente da ação normal de vento.
  • 137. A superelevação é calculada através da seguinte expressão proposta por Zuider Zee: Onde: hse = superelevação, em m; V = velocidade do vento em m/s; Lf = “fetch” em km K = constante = 62.000 d = profundidade média do lago, em m. d = Volume (correspondentes à profundidade normal do reservatório) Área hse = __V2 Lf __ K d
  • 138. A superelevação sobre as margens do lago e, consequentemente sobre o reservatório, dependerá da freqüência com que acontecem as lufadas de vento, bem como do comprimento do “fetch”. Thomas oferece alguns valores para que haja superelevação: Fetch Duração dos ventos (hora) Velocidades (Km/h) 3 1 20 3 80 4 80 80 8 40
  • 139. “Fetch” O Fetch é o comprimento efetivo da reta traçada na direção do vento, entre o local da barragem e a margem oposta mais afastada. É determinado pela expressão: Onde: • Lf = “fetch” em km; •  = ângulo formado entre a direção do vento e L; • L= comprimento da reta perpendicular ao eixo da barragem traçada entre esta e a margem oposta mais afastada do lago. Lf = L cos 
  • 140. A Folga é calculada, então, através da seguinte expressão: F = 0,75 ho + Vo 2 2g Onde: F = folga, em metros; ho = altura de ondas , em metros Vo = velocidade das ondas, em m/s; g = aceleração da gravidade
  • 141. A velocidade das ondas é dada pela seguinte expressão (Gaillard): Vo = 1,5 + 2ho Onde: Vo = velocidade das ondas, em m/s, medida a 10 cm da superfície; ho = altura das ondas, em metro.
  • 142. Para o cálculo de ho, é utilizada também a seguinte expressão analítica (Stevenson) em função do “fetch”: - para Lf < 18 km  ho = 0,75 + 0,34 (Lf)½ - 0,26 (Lf)1/4 - para Lf > 18 km  ho = 0,34 (Lf)½
  • 143. O “Bureau of Reclamation” dos EUA (USBR) recomenda os seguintes valores para a Folga em função do “fetch”: Fetch (km) Folga normal (m) Folga mínima (m) < 1,5 1,2 1,0 1,5 1,5 1,2 4,0 1,8 1,5 8,0 2,5 1,8 16,0 3,0 2,5
  • 144. g) Nível Máximo Cota máxima permitida para a operação do reservatório. Define o limite superior do volume útil do reservatório. h) Nível Máximo Maximorum Corresponde à elevação máxima disponível para a passagem de ondas de cheia.