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Projeto de Usinas Hidrelétricas - Passo a Passo

Cap. 6: Barragens

Aluno: Henrique Menin Russo

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Agenda

• Introdução

• Barragens de Terra ou Aterro

• Barragens de Enrocamento

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Introdução

• Uma barragem, açude ou represa, é uma barreiraartificial, feita em cursos de rio para a retenção degrandes quantidades de água.

• O estudo é geral, ou seja, não se limita somente àsbarragens de hidrelétricas.

• A escolha do tipo de barragem é influenciada porcondicionantes locais, como a existência de materialqualificado para a construção, aspectos geológicos egeotécnicos e da topografia do local da obra(MARQUES, 2012) bem como o clima (que inclui oíndice pluviométrico) e o volume de represamento.

• O critério de menor custo global é adotado demaneira iterativa!

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Barragens de terra

• São as barragens mais antigas e ainda as mais comuns,utilizadas para todos os fins

• Exije o menor nível de processamento de material

4Atlas das Águas

MACIÇO

Barragens de terra

Deve-se obedecer três princípios básicos:

• Princípio do controle de fluxo;

• Princípio da estabilidade;

• Princípio da compatibildiade das deformações;

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Trata-se de empenhar esforços para a maior capacidade devedação do lado de montante e maior facilidade de escoamento dolado de jusante;

Barragens de terra

Deve-se obedecer três princípios básicos:

• Princípio do controle de fluxo;

• Princípio da estabilidade;

• Princípio da compatibilidade das deformações.

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A barragem deve ter resistência que garanta a estabilidade doconjunto barragem-fundação, para as várias condições decarregamento (nível de água).

Barragens de terra

Deve-se obedecer três princípios básicos:

• Princípio do controle de fluxo;

• Princípio da estabilidade;

• Princípio da compatibilidade das deformações.

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Devido a não homogeneidade dos materias que compõem abarragem (e o solo), deve existir transição adequada entre suaszonas, compatibilizando as deformações.

Barragens de terra

1) PRINCÍPIO DO CONTROLE DE FLUXO

Utiliza a análise de percolação do solo e da própriabarragem .

Esta percolação é tratada como escoamento laminar emmeio poroso, dado pela Lei de Darcy:

Q = k.i.A.t e k = V s.ne/i

Q – vazão de percolação; A – área;

k – coef. de permeabilidade; V s – velocidade méd. percolação;

i – gradiente hidráulico; n e – porosidade específica. 8www.ebanataw.com.br/talude

Barragens de terra

1) PRINCÍPIO DO CONTROLE DE FLUXO

Coeficiente de permeabilidade (k – cm/s): é influenciadopela granulometria do material, composição mineralógica,viscosidade da água, forma das partículas, estrutura dosolo, entre outros.

É determinado em ensaios de campo do tipopermeabilidade em furo de sondagem e perda d’água sobpressão.

O fluxo de água em um meio poroso pode ser determinadopela Equação de Laplace, representado por linhas de fluxoe linhas equipotenciais.

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Barragens de terra

1) PRINCÍPIO DO CONTROLE DE FLUXO

Percebe-se em muitas barragens que:

• A permeabilidade do maciço é variável de ponto a ponto;

• A permeabilidade da fundação tem um papel dominanteno fluxo, principalmente no trecho inferior da barragem;

• Em cotas elevadas, fenômenos de alívio de tensõespodem causar aumento significativo da permeabilidadehorizontal.

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Barragens de terra

1) PRINCÍPIO DO CONTROLE DE FLUXO

Sistema de drenagem interna (filtro de drenagem)

- Composta normalmente por areia lavada e processada

“Até o meio da barragem faço tudo para a água não chegar. A partir dai ́ faço tudo para a água sair da maneira que quero” (Arthur Casagrande)

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Agência Nacional de Água, 2015

Barragens de terra

1) PRINCÍPIO DO CONTROLE DE FLUXO

Transições:

• Entre o núcleo e espaldares e entre solos granulares: D / d ≤ 5;

• Entre o núcleo e o espaldar de montante e entre o enrocamento deproteção e o espaldar de montante): D / d ≤ 9;

D = limite sup. do diâmetro das partículas de filtrod = valor médio do diâmetro das partículas do material de base.

12UHE Aimorés, rio Doce (CBDB, 2009)

Barragens de terra

2) PRINCÍPIO DA ESTABILIDADE

Analisa-se através do fator de segurança (FS):

FS = forças resistentes (resist. ao cisalhamento disponível)

forças atuantes (resistêcia mobilizada)

13Eletrobras e CBDB (2003)

Barragens de terra

14UHE Parigot de Souza, Campina Grande do Sul – 260MW

Barragens de terra

3) PRINCÍPIO DA COMPATIBILIDADE DAS DEFORMAÇÕES

Algumas barragens incluem espessas camadas detransição, a fim de evitar recalques diferenciais e contrastede deformabilidade devido às diferenças de tensões de cadacamada da barragem (como o contraste de densidade entreum núcleo de argila e um espaldar de rochas).

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Recalques diferenciais

Controle de recalque (Via Técnica)

Barragens de terra

3) PRINCÍPIO DA COMPATIBILIDADE DAS DEFORMAÇÕES

A modelagem dos solos e enrocamentos é muito complexa,uma vez que eles podem se retrair ou expandir, se deformarpor cisalhamento, colapsar e liquefazer, além de ter umaestrutura que comporta sucção.

Modelagem matemática deve ser feita para os projetos queapresentem problemas potenciais preocupantes, como:

- de barragens de enrocamento com núcleos delgados;

- de barragem sobre areia que não tenha trincheira devedação em toda a extensão da fundação;

- de barragem sobre rochas fracas. 16

UHE Aimorés, rio Doce (CBDB, 2009)

Barragens de terra

3) PRINCÍPIO DA COMPATIBILIDADE DAS DEFORMAÇÕES

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Barragens de terra

PROTEÇÃO DOS TALUDES:

• Lado de montante: devido à esposição às ondas de superfície, deveráser protegido com rochas ou outros materiais granulares (ou até solo-cimento, a depender das condições econômicas e inviabilidades);

• Lado de jusante: deverá ser protegido contra a ação de chuvas comgrama ou outro material vegetal. Se houver sobra de material granular,este também poderá ser utilizado na proteção, especialmente na partesubmersa.

18UHE Aimorés, rio Doce (CBDB, 2009)

Barragens de enrocamento

• É composta basicamente pelo corpo da barragem,formado por espaldares de enrocamento compactado, epelo núcleo (membrana) impermeável, para impedir apassagem da água que percola livremente peloenrocamento.

• A membrana impermeável pode ser posicionada nonúcleo da barragem, na posição vertical ou inclinada, ouainda sobre o talude de montante.

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Barragens de enrocamento

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Núcleo vertical - Itaipu

Núcleo inclinado (José Pimentel Pessôa, CEFET 2009)

Barragens de enrocamento

Fatores contribuentes para a escolha deste tipo debarragem :

• a disponibilidade de rocha em abundância no local,facilmente explorável, ou proveniente das escavaçõesobrigatórias para implantação das fundações dasestruturas;

• a escassez de materiais terrosos no local, de difícilobtenção na área, ou a existência de materiais querequeiram processamento intensivo para ser usados;

• curto período de tempo disponível para construção dabarragem;

• a existência de condições climáticas excessivamenteúmida e chuvosa, que possam limitar o lançamento degrandes quantidades de materiais terrosos.

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Barragens de enrocamento

Definição:Os enrocamentos são materiais que, quando submetidos auma variação de tensões, sofrem transformaçõesestruturais devidas a deslocamentos, rotação e quebra departículas. (Marsal; Nuñez, 1975).

Serão abordados três tipos principais:

• Barragem de enrocamento com núcleo vertical einclinado (de argila e de concreto asfáltico);

• Barragem de enrocamento com face de concreto;

• Barragem de enrocamento com face de concretoasfáltico.

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Barragens de enrocamento

Barragem de enrocamento com núcleo de argila:

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UHE Irapé (CBDB, 2009)

UHE Emborcação (CBDB, 2003)

Barragens de enrocamento

Barragem de enrocamento com núcleo de argila

Requisitos principais:• A largura da crista tem que ser de, no mínimo, 10 m para

atender, além da segurança, ao processo construtivo queenvolve o transporte e a colocação dos diversosmateriais: material impermeável para o núcleo, matériasgranulares para filtros, transições e enrocamento.

• A largura mínima do núcleo na base deve ser de 0,3 H,sendo H a altura da carga hidráulica do reservatório. Notopo, é preciso que a largura seja de 3 m, em função dosaspectos construtivos.

• O sistema de drenagem interna deve ser constituído porcamadas filtrantes (filtro e transição).

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Barragens de enrocamento

Barragem de enrocamento com face de concreto:• É a escolha para os locais em que não existe solo

apropriado para o núcleo. Ressalta-se que, em muitosprojetos, essa solução foi escolhida por apresentarmenor custo, mesmo existindo jazidas de solo para onúcleo. Taludes mais íngremes, menor largura da base.

25UHE Barra Grande (CBDB, 2009)

Barragens de enrocamento

Barragem de enrocamento com face de concreto

Vantagens:

• Sempre estão disponíveis para inspeção e reparos, como rebaixamento do reservatório;

• A membrana pode ser construída após o término daseção de enrocamento;

• O tratamento das fundações (injeções) pode serrealizado simultaneamente à colocação do enrocamento;

• A base da barragem estará disponível para aestabilidade contra deslizamento;

• A membrana pode ser usada como proteção do talude.

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Barragens de enrocamento

Barragem de enrocamento com face de concreto

As inclinações dos taludes de montante e jusante poderãovariar de:

• 1,0 (V): 1,3 (H) para enrocamentos de rochas basálticase gnáissicas;

• 1,0 (V): 1,4-1,6 (H) para enrocamentos de rochassedimentares.

• A largura da crista da barragem pode variar de 7m a10m.

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Barragens de enrocamento

Barragem de enrocamento com face de concretoasfáltico

Vantagens:

• Custo mais baixo;• Maior flexibilidade, quando comparado às lajes de

concreto;• Pode tolerar recalques diferenciais maiores sem trincar;• Pode ser construído mais rapidamente.

28Glarus, Suíça (Wilson, 2013)

Barragens de enrocamento

Barragem de enrocamento com face de concretoasfáltico

Camadas típicas:

29(Wilson, 2013)

Barragens de enrocamento

Barragem de enrocamento com núcleo asfáltico

Só existe um exemplar no Brasil:

30UHE Foz do Chapecó (CBDB, 2009)

Barragens de enrocamento

Barragem de enrocamento com núcleo asfáltico

• O concreto asfáltico é colocada no núcleo em camadasde 20cm a 30 cm;

• Diâmetro de até 30cm;• Consumo de asfalto será mínimo se a massa das

camadas externas do núcleo for composta de grãosuniformes.

31UHE Foz do Chapecó (CBDB, 2009)

Agradecimento

Obrigado!

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