aula 02 - auditoria de obras de edificações em exercícios

ANALISTA INFRAESTR.-RECURSOS HÍDRICOS/SANEAMENTO-MP/2012 PROFESSOR: REYNALDO LOPES

Prof. Reynaldo Lopes www.pontodosconcursos.com.br 1

Olá pessoal! Como estão os estudos? Espero que estejam gostando do curso. Nessa aula abordaremos o seguinte conteúdo: 1 Estudo e projetos de infraestrutura hídrica (adutoras, barragens, drenagens, dragagens e canais). 2 Obras de infraestrutura hídrica. 6 Avaliação de pequenas barragens. Conforme previsto no cronograma da aula 00. Agora vamos à nossa aula! Novamente utilizaremos questões do CESPE e da ESAF para cobrir todo o conteúdo proposto. Esta aula já contém algumas questões do último concurso de analista de infraestrutura do MP, de 2010 e do concurso TCU/2011. A pedido, farei a resolução das questões da última prova do nosso concurso referentes a assuntos já cobertos nas aulas anteriores, talvez em uma aula extra no fim do curso. 1 Estudo e projetos de infraestrutura hídrica (adutoras, barragens, drenagens, dragagens e canais). 2 Obras de infraestrutura hídrica. 6 Avaliação de pequenas barragens. 01 - (CGU/2008) As barragens de terra geralmente apresentam custos reduzidos quando comparados às barragens de concreto. São executadas com solos de granulometria fina a grossa, permeabilidade baixa, cujo comportamento é condicionado principalmente pelas poropressões. Quanto a este tipo de barragem, pode-se afirmar que: a) os esforços transmitidos às fundações são elevados. b) as homogêneas são feitas com solos pouco permeáveis e possuem taludes mais íngremes. c) as zoneadas possuem uma zona central impermeável e duas zonas externas, os espaldares, mais permeáveis e mais resistentes aos deslizamentos. d) o galgamento, causa freqüente de problemas, exige que as obras sejam projetadas com uma base mais alargada a fim de evitar esta vulnerabilidade. e) nas barragens ou fundações constituídas de solos finos e muito coesivos é comum o processo de erosão interna, também conhecido como piping.



Para responder a esta questão, façamos uma revisão teórica sobre barragens, que são estruturas construídas transversalmente a um rio ou talvegue, com a finalidade de obter a elevação do seu nível d’ água e/ou de criar um reservatório de acumulação de água seja de regulação das vazões do rio, seja de outro corpo hídrico. É essa elevação do nível d’ água, por exemplo, que possibilitará a alimentação da tomada d’ água de uma obra hídrica (uso da água para abastecimento urbano, geração de energia, insumo industrial etc.).

Figura - Barragens Em locais de baixa queda, no caso de aproveitamentos hidrelétricos, a barragem tem a função de criar o desnível necessário à produção da energia, pois a produção energética é função, principalmente, da vazão do rio e da altura de queda da água. Esse assunto será detalhado posteriormente quando do estudo detalhado desse assunto. De início, vale apresentar a distinção entre barragens de nível e barragens de regularização de vazão (também conhecidas como barragens de acumulação). As barragens de nível são aquelas construídas com a finalidade de se criar carga hidráulica sobre as estruturas de captação. Ou seja, destinam-se a criar nível, e



não a regularizar vazões. Portanto, não garantem o abastecimento no período de recessão e nem acumulam cheias para serem liberadas nos períodos de vazões mínimas (efeito de regularização). Já as barragens de regularização têm como efeito a redução das variações de vazão, estocando as vazões máximas As barragens podem ser de terra, de enrocamento, de concreto, ou mistas (por exemplo, a barragem da Usina Hidrelétrica de Itaipu, com trechos em enrocamento, trechos em terra e outro em concreto). O tipo de barragem é escolhido em função das características topográficas e geológico-geotécnicas do sítio, considerando-se, ainda, a disponibilidade de materiais naturais de construção e o processo construtivo a ser utilizado. Cabe destacar que tanto as barragens de terra quanto as de enrocamento devem dispor de recursos para controlar a percolação das águas que se infiltram através do maciço, tratando de medir esta vazão de infiltração e conduzir toda a água com segurança para o pé da barragem (face de jusante).

1 - Escolha do local Para a escolha de um local adequado para a implantação de uma barragem, devem ser observados os seguintes critérios: - áreas de empréstimo e pedreiras com disponibilidade de material em quantidade suficiente e localizado em cota superior à da barragem visando facilitar o transporte de materiais (transportando o material “morro abaixo se economiza bastante no consumo de combustível dos equipamentos de transporte: tratores, escavadeiras, caminhões); - Possibilidade de utilização do material proveniente das escavações para as barragens de concreto e enrocamento (necessidade de se fazer um “balanço” do material escavado e que será reutilizado, levando as “sobras” para as áreas de “bota-fora”); - O local do vale deve ser o mais “encaixado” possível, ou seja, mais estreito, “afunilado” (com as “ombreiras” – ponto de contato da barragem com o terreno



natural nas margens esquerda e direita - bem próximas uma da outra), de forma a se reduzir o volume da barragem; - As fundações devem ser resistentes o suficiente para suportar o peso da barragem; - Deve-se observar a facilidade de construção e de acessos. 2 - Barragens de terra e enrocamento As barragens de terra e enrocamento utilizam materiais disponíveis na região, com um mínimo de beneficiamento. Assim, geralmente apresentam custos bastante reduzidos em relação às de concreto. Assim sendo, têm uso freqüente no Brasil.

Figura - Barragem de terra e vertedouro de concreto Deve ser analisado o balanceamento de materiais a fim de se estudar a possibilidade de se utilizar aqueles provenientes de escavações. Por exemplo, caso seja possível, pode-se utilizar o solo escavado para a construção do canal de adução, do vertedouro ou da fundação, evitando-se o bota-fora de material. Cumpre observar que essas barragens não exigem fundações tão resistentes como exigem as de concreto. Elas apresentam geralmente uma grande área na base de contato com o solo e, portanto, transmitem esforços pequenos para a base. Além disso, acomodam-se melhor a eventuais recalques (acomodação do



solo, quando submetido a esforços, causando um pequeno deslocamento vertical da superfície do terreno). Por outro lado, têm seus critérios de projeto bastante ligados ao estudo da geotecnia (estudos dos solos), já que a percolação da água através do corpo dessas barragens deve ser muito bem controlada. A barragem de terra é apropriada para locais onde a topografia se apresente suavemente ondulada, nos vales pouco encaixados. Também é desejável que existam áreas de empréstimo de materiais argilosos/arenosos suficientes para a construção do maciço compactado. Essas áreas de empréstimo são locais, próximos ao empreendimento, em que seja possível obter os materiais necessários para sua construção, sem causar grandes impactos ao meio ambiente. A correta identificação das áreas de empréstimo (e bota-fora) costuma ser bastante rigorosa, em atenção aos requisitos estabelecidos pelo órgão ambiental responsável pelo licenciamento da obra hídrica. Vale lembrar que nesse tipo de barragem o vertedouro deve ser, quando possível, localizado fora do corpo da barragem (em uma região lateral em uma das margens, por exemplo), o que protegerá o maciço de solicitações decorrentes da alta velocidade do escoamento de aproximação. A barragem de terra não pode, sob nenhuma hipótese de projeto, sofrer vertimento por cima de seu topo. Essa condição de projeto visa evitar o fenômeno conhecido como “galgamento da barragem”, acidente que é considerado um dos principais causadores do rompimento desse tipo de barragem. Essas barragens de terra podem ser de três tipos: - homogêneas (Figura abaixo (a)): feitas de solos argilosos e muito pouco permeáveis; - zoneadas (Figura abaixo (b)): com um núcleo impermeável e as zonas externas mais permeáveis; - mista (diafragma - Figura abaixo (c)): constituída de vários tipos de materiais tais como argila, areia, brita, blocos de pedra.



Figura – Barragens homogênea (a), zoneada (b) e mista (c) Já as barragens de enrocamento são formadas em grande parte com material de grandes diâmetros, que apresentam alta permeabilidade. Assim, devem ter sua vedação garantida por uma faixa de material impermeável (normalmente feita em concreto ou por um material mais fino, como solo argiloso). Podem ser de dois tipos: - barragens de enrocamento com face em concreto (Figura abaixo (a)); - barragens de enrocamento com núcleo de argila (Figura abaixo (b)).

Figura – Barragens de enrocamento As barragens de enrocamento são viáveis quando inexiste área de empréstimo de solos argilosos na periferia da obra (seria necessário trazê-la de longe, aumentando significativamente os custos de transporte da jazida à obra), mas há pedreiras facilmente exploráveis. Portanto esse tipo de barragem é encontrado em regiões rochosas. Também é aplicável em vales estreitos, quando é problemática a construção de um vertedouro lateral, podendo ser usado o próprio corpo da barragem como vertedouro. Assim, no caso de terrenos com baixa capacidade de suporte, recomenda-se a adoção das barragens de terra ou enrocamento. Isso porque elas apresentam uma grande base, distribuindo seu peso próprio.



Voltando à questão, analisaremos cada uma das opções: a) os esforços transmitidos às fundações são elevados. Como vimos acima, a área da base é grande e os esforços transmitidos são relativamente baixos. Item errado. b) as homogêneas são feitas com solos pouco permeáveis e possuem taludes mais íngremes. Como vimos acima, as barragens homogêneas são feitas de solos argilosos e muito pouco permeáveis, mas não necessariamente possuem taludes mais íngremes que as demais. As barragens de enrocamento permitem inclinações de taludes mais íngremes. Portanto, a barragem zoneada com espaldares de enrocamento pode apresentar taludes mais íngremes. c) as zoneadas possuem uma zona central impermeável e duas zonas externas, os espaldares, mais permeáveis e mais resistentes aos deslizamentos. Descrição simplificada e precisa das barragens zoneadas. d) o galgamento, causa freqüente de problemas, exige que as obras sejam projetadas com uma base mais alargada a fim de evitar esta vulnerabilidade. O galgamento é o extravasamento da água por cima das ombreiras da barragem e causa frequente de problemas. Entretanto, não pode ser resolvido com base mais alargada. O galgamento ocorre quando o vertedouro não é capaz de descarregar as vazões de cheias. Portanto, protege-se a barragem contra o galgamento com a construção de vertedores de maior capacidade. Ou ainda, com um aumento do topo da barragem. Assim, o item está errado. e) nas barragens ou fundações constituídas de solos finos e muito coesivos é comum o processo de erosão interna, também conhecido como piping.

Para responder a este item, faremos uma breve revisão sobre percolação e drenagem interna.



Percolação é a denominação dada ao processo de passagem de água pelo maciço das barragens, ou por sua fundação. Ela é especialmente danosa no caso de haver carreamento de solo pelo fluxo da água ou aumento de pressão interna na barragem. Por isso, toda barragem requer uma zona de baixa permeabilidade (vedação), cuja finalidade é controlar e reduzir do fluxo de água pelo corpo do maciço. O volume das águas percoladas é calculado por uma rede de fluxo (Figura abaixo), a qual consiste no diagrama formado por: (1) linhas de igual carga hidráulica, ou linhas equipotenciais (“equi” = igual, “potencial” = no caso, a carga hidráulica); e (2) linhas de fluxo ou de corrente. Essas linhas são traçadas aproximadamente perpendiculares entre si e de tal forma que a vazão entre cada par de linhas de fluxo (horizontais) seja constante e que a perda de carga entre duas equipotenciais (verticais) seja a mesma, formando, desse modo, uma série de pequenos quadrados, tal como ilustrado na figura abaixo.

Figura – Método da rede de fluxo O controle da percolação complementa-se com a drenagem interna (direcionando o fluxo de água de forma segura). A drenagem interna é vital para a segurança de uma barragem e tem como finalidades: (i) captar e conduzir para jusante a água de percolação; (ii) proteger o aterro contra o “piping” (fissuramentos internos), contra gradientes de percolação elevados junto ao pé de jusante da barragem (“levantamento” da barragem); (iii) evitar a saturação do talude (“encharcamento”, com posterior ruptura do solo). O fenômeno de “piping” (na tradução livre para o Português: “entubamento”) ocorre quando o solo rompe-se internamente à barragem em fendas ou orifícios e a água começa a percolar violentamente, exercendo uma ação erosiva intensa, arrastando as partículas sólidas, formando dessa maneira uma espécie de “tubo” (Pipe). Já o “levantamento” ocorre quando a força de percolação vertical ascendente iguala-se ao peso do solo. Não havendo mais peso, o solo “bóia”, ou seja, é como se o solo perdesse seu peso e passasse a “flutuar”.



A escolha do tipo de drenagem é função direta da permeabilidade do maciço (= “corpo” da barragem) e das características do material drenante disponível. A seguir, passamos a apresentar alguns tipos de sistemas de drenagem interna: - Tapete drenante (Figura abaixo (a)): Previsto para dar vazão à água que percola o maciço, atua primordialmente no controle do fluxo pela fundação; - Filtro vertical com tapete (Figura abaixo (b)): Coleta o fluxo que percola no maciço, conduzindo-o para fora da barragem. Adotado em grande parte das barragens homogêneas, mas vem perdendo espaço com a adoção do filtro inclinado; - Filtro inclinado (Figura abaixo (c)): localização otimizada do filtro, mas de difícil execução em função da necessidade de rigorosa topografia para manutenção da “inclinação de projeto” do filtro durante as atividades de execução das camadas de aterro; - Dreno de pé (rock-fill - Figura abaixo (d)).

Figura – Sistemas de drenagem interna Como critério de projeto, recomenda-se levar os sistemas internos de drenagem até o N.A. máximo normal do reservatório e lançar o dreno horizontal no contato com a fundação. O importante é entender para que servem esses sistemas de drenagem. Como já explicitado, o fluxo excessivo de água através da barragem causa instabilidade nessa última. Portanto, as drenagens internas visam a recolher essa água que percola pelo maciço, criando um caminho preferencial para a água. Dessa forma, fica claro que as barragens não são completamente “estanques”, não é mesmo? É permitido que um pequeno fluxo de água “penetre” em seu corpo, desde que este pequeno fluxo consiga ser conduzido, com segurança, até o pé de jusante da barragem. Do contrário, caso o fluxo seja intenso e “corte” a barragem ao meio, pode haver um sério acidente, com a ruptura do maciço (inclusive com perdas de vidas humanas, como no passado). Essa água, muitas vezes, traz junto partículas de solo, que com o tempo podem colmatar o dreno (= “entupir” os vazios). Assim, adotam-se filtros na barragem a fim de se evitar que esses grãos finos penetrem no material grosso, obstruindo a passagem da água. Os filtros localizam-se nos contatos existentes entre dois



materiais de permeabilidade diferente. Por exemplo: transição entre o maciço e o rip-rap; proteção do núcleo em barragens zoneadas; filtro chaminé; tapete filtrante; transição entre o maciço e o rock-fill (= dreno de pé da barragem “preenchido por rocha”); e transição nos poços de alívio. Além disso, evitando, por exemplo, a fuga de solos finos do núcleo da barragem (menos permeável) para o talude de jusante (mais permeável), os filtros protegem o próprio núcleo e aumentam, por consequência, a estabilidade e segurança da barragem como um todo. Assim, o item E está errado. Resposta: C 02 - (CGU/2008) As barragens são obras hidráulicas destinadas a efetuar o represamento de um curso d’água. A escolha e definição do tipo de barragem dependerão de vários aspectos condicionantes, classificando-se em dois tipos principais: de concreto e de aterro. Entre as barragens de concreto podem ser distinguidos quatro tipos básicos. A opção que não representa um tipo de barragem de concreto é: a) barragem de enrocamento. b) barragem em arco. c) barragem de contrafortes. d) barragem de gravidade. e) barragem de gravidade aliviada. Para responder a esta questão é necessário uma revisão teórica sobre barragens de concreto. Barragem de concreto As barragens de concreto dividem-se em: (1) gravidade; (2) arcos; e (3) contrafortes. Inicialmente detalharemos a barragem por gravidade, por ser a mais comumente encontrada. Posteriormente apresentaremos as principais características das outras duas.

1 - Barragens de gravidade



A barragem gravidade deve ser capaz de resistir, com seu peso próprio, à pressão da água do reservatório e à subpressão das águas que se infiltram pelas fundações.

Figura – Barragens de gravidade Esse tipo de barragem é recomendado para vales estreitos, encaixados, em maciço rochoso pouco fraturado e com boas condições de fundação. A seção da barragem pode incorporar o vertedouro quando as condições topográficas do local dificultarem a concepção de vertedouro lateral.

A cota da crista de uma barragem de gravidade corresponde ao NA máximo normal de operação, acrescido da sobrelevação devida à propagação da cheia de projeto e da máxima altura para a arrebentação de ondas de vento. As larguras dos topos das barragens de gravidade variam de cerca de 0,15 vezes a sua altura, até a largura necessária a uma rodovia. Há ainda uma variante desse tipo de barragem: a barragem de gravidade aliviada. Esse tipo foi proposto como forma de se otimizar a utilização do concreto. Então, constatam-se economias importantes no volume de concreto, o que torna interessante sua adoção em muitos casos.

Seções típicas e dimensões básicas A seção típica recomendada para esse tipo de barragem é apresentada na Figura abaixo.



Figura – Seção típica – Barragem de concreto Na maioria dos casos, adota-se uma seção com paramento de montante vertical, em função dos cálculos de estabilidade. Na crista da barragem, no trecho não vertente, deverá ser construída uma mureta de proteção contra ondas, em concreto ou em alvenaria de tijolos maciços. A jusante da barragem deve ser feita uma bacia de dissipação, cuja função será amortecer o impacto da água extravasada pelo vertedouro. A bacia terá a mesma largura do vertedouro e, caso a rocha seja pouco resistente ou fraturada será necessária uma laje no fundo da bacia. Para barragem com altura menor que 10 m, a cota mínima da crista deverá estar 1,0 m acima da elevação do NA normal do reservatório. A mureta de proteção contra ondas deverá ter uma altura mínima de 30 cm e largura de 20 cm. Para barragem com altura maior que 10 m, deve-se estimar a borda-livre utilizando-se os critérios específicos e mais aprofundados.

Aspectos construtivos



1 – A área sob a barragem, mais uma faixa de 5,0 m para montante e para jusante, deverá ser limpa (isto inclui, destocamento e remoção das camadas superficiais) até se atingir a rocha sã; 2 – As irregularidades na superfície da rocha deverão ser eliminadas com remoção do material ou enchimento com concreto; 3 – Os materiais extraídos serão colocados fora da obra e do reservatório. 4 - A barragem deverá ser concretada por partes (ou blocos) alternadamente, para facilitar a cura do concreto. Entre os blocos deverão ser previstas juntas verticais de dilatação vedadas contra vazamentos. O trecho do vertedouro deverá ser rebaixado em altura correspondente à da lâmina d ‘água máxima vertente.

15,00

crista da barragemcrista do trecho vertedouro

juntas

superfícieda rocha

VISTA DE JUSANTE(DISTÂNCIA ENTRE JUNTAS)

Figura - Concretagem 5 - É usual deixarem-se vãos livres no interior do maciço para fins de galerias de inspeção; 6 – Antes de ser iniciada a construção da barragem deve-se realizar o desvio do rio. 2 - Barragem em arco As barragens em arco apresentam curvatura em planta e, pela ação estrutural de sua forma de arco, transmitem às ombreiras a maior parte dos esforços a que estão submetidas. São construídas em concreto e, comparativamente aos outros tipos, as barragens em arco apresentam poucos casos de ruptura.



Figura – Barragem em arco As mesmas forças atuantes nas barragens de gravidade também atuam nas barragens em arco, diferindo apenas em sua importância relativa. Devido a sua base estreita, podendo ser muito altas e delgadas, as barragens em arco são recomendadas para vales estreitos e rochosos.

3 - Barragem de contraforte Uma barragem de contrafortes consiste em uma placa inclinada que transmite o empuxo da água a uma série de contrafortes perpendiculares ao eixo da barragem. Os tipos mais comuns são os de laje plana e os de arcos múltiplos, sendo que, geralmente, nos dois casos é utilizado o concreto armado como material. Cabe destacar que a ação estrutural dos arcos permite que haja uma maior distância entre os contrafortes.



Figura – Barragem de contraforte As barragens de contrafortes gastam entre 1/3 a 1/2 do concreto necessário para a construção de uma barragem de gravidade de mesma altura. Entretanto, gastam muito mais formas e aço. Assim, o seu custo nem sempre é inferior. Se por um lado seu peso próprio diminui, em relação à barragem de gravidade, por outro, a redução da base promove o aumento da compressão sobre a fundação, o que exigirá, em alguns casos, o tratamento da fundação. No que tange aos aspectos construtivos, o fato de as barragens de contrafortes consumirem muito menos concreto do que suas equivalentes de gravidade faz com que o tempo de construção seja menor e o problema do desvio do rio menos grave. Assim, analisando os itens, pode-se notar que apenas o item A não é um tipo de barragem de concreto. Resposta: A 03 - (CGU/2008) A construção de barragens pressupõe o controle de cursos d’água, que por sua vez apresentam variações significativas de vazões. Dessa forma, é necessária a instalação de estruturas que permitam a passagem das águas excedentes para jusante. Essas estruturas são denominadas de extravasores, sangradouros, vertedores ou vertedouros. Com relação a essas estruturas é incorreto afirmar que: a) o vertedor tipo sifão permite operação com nível d’água aproximadamente constante dentro da faixa de variação do projeto, devendo-se atentar para os desníveis de forma a não ocasionar cavitação.



b) o vertedor de serviço destina-se a descarregar apenas as grandes cheias, funcionando como sangradouro auxiliar e prevenindo o sangramento da barragem. c) o vertedor tipo tulipa opera ora com controle de montante, ora com controle de jusante, de acordo com a vazão afluente e com as condições de descarga. d) nos vertedores com comportas, as soleiras se situam abaixo do nível normal das águas, possibilitando maior vazão específica pelo aproveitamento da carga hidráulica. e) nos vertedores com níveis muito elevados, torna-se necessário prever a construção de estruturas dissipadoras de energia, destinadas a compatibilizar a velocidade do escoamento com as características de resistência do meio físico a jusante. Para responder a esta questão, faremos uma revisão teórica sobre vertedouros ou extravasores, que são estruturas hidráulicas destinadas a efetuar a descarga das águas excedentes dos reservatórios sem ocasionar danos à barragem e às outras estruturas hidráulicas adjacentes. Essencialmente, os vertedores constituem-se de uma tomada d’ água associada a uma soleira, sendo que a água recolhida destina-se a uma estrutura de descarga, sendo que a jusante desta implanta-se um dissipador de energia.

Figura – Barragem em planta



Figura – Extravasor em funcionamento Os vertedores podem ser executados em concreto, gabiões, alvenaria, aço e madeira. Essas estruturas podem ser implantadas no próprio corpo da barragem (no caso de barragens de concreto) ou independentemente desta. Quanto às condições de operação, os vertedouros podem ser classificados em de serviço ou de emergência. O primeiro descarrega as vazões mais freqüentes e o segundo seria usado durante as grandes cheias. No lugar dos extravasores de emergência, podem ser utilizados os extravasores fusíveis: preparados para romper sem causar grandes danos. Os vertedores podem ser retangulares, de canal lateral, em forma de tulipa, ou em sifão. Há ainda as barragens vertedouras, em que a sangria se dá por cima da barragem. 1 – Tipos de vertedouros Os vertedores retangulares (Figura abaixo) podem ser de parede delgada (e<2/3H – Figura abaixo (a)) ou de parede espessa (e>2/3H – Figura abaixo (b)).



Figura – Vertedouro retangular

Figura – Vertedouros retangulares Nos vertedouros de canal lateral, o muro vertedor é locado ao lado da barragem com o canal de descarga paralelo à crista do vertedouro. Assim, a entrada de água ocorre perpendicular ao escoamento.

Figura – Vertedouro de canal lateral



Nos vertedouros em tulipa, a descarga é transportada de dentro do reservatório para jusante da barragem através de um canal aberto (sangradouro em poço ou “morning glory”). O poço pode ser vertical ou inclinado.

Figura – Vertedouro em tulipa O extravasor tipo sifão é um sistema de conduto forçado, na forma de U invertido

Figura – Vertedouro em sifão Além disso, os vertedouros podem ser com controle (Figuras 34b, 35b e 35c) ou sem controle (figuras 34a e 35a), de acordo com a existência ou não de comportas.



Figura – Vertedouros sem e com controle

Figura – Vertedouros sem e com controle O extravasor de crista livre deve ser projetado de forma que o escoamento se processe suavemente, com o mínimo de turbulência. Sua forma ideal deve ter a mesma forma da face inferior da veia líquida que escoa por sobre um vertedor de soleira delgada em sua carga máxima “h” (Figura abaixo (a)). Esse extravasor é chamado de soleira padrão (Figura abaixo (b)).



Figura – Soleira padrão 2 – Dimensionamento dos vertedouros O dimensionamento dos vertedores é realizado a partir das vazões afluentes, portanto, de acordo com a “cheia de projeto”. Essa vazão extrema será calculada a partir de estudos hidrológicos para períodos de retorno pré-definidos. A equação básica para dimensionamento hidráulico dos vertedouros simples é:

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HLCQ e ⋅⋅= , onde:

Q – vazão em m³/s; C – coeficiente de descarga; Le – largura efetiva, em ”m”; H – altura de carga, em “m” O coeficiente de descarga “C” varia de vertedor para vertedor, possuindo valores maiores para a soleira padrão. Ele é função da forma da soleira, da altura de fundo, da inclinação do paramento a montante, do nível e da velocidade d’água. Devido à dificuldade de se obter esse coeficiente, muitas vezes o engenheiro recorre à construção de modelos reduzidos, que representam em, escala menor, o escoamento de água naquele vertedor (Figura abaixo).



Figura – Modelo reduzido

A largura efetiva “Le” corresponde à largura útil total do vertedor subtraída da eventual contração do jato d’água em função da presença dos pilares. Ou seja, a presença e a forma dos pilares irão interferir no escoamento de forma a diminuir a capacidade de descarga do vertedouro. Esse efeito é representado pela largura efetiva Le. A altura de carga “H” corresponde à energia acima da crista da soleira, sendo freqüentemente considerada igual à lâmina d´ água (supondo-se uma velocidade de aproximação nula). Portanto, na capacidade de descarga de um vertedouro influem a largura da soleira (Le), a altura de carga medida a montante da soleira (H) e a forma da soleira (C). 3 – Medição de vazões utilizando vertedores É bastante comum a utilização de vertedouros também em canais. Nesse caso, destinam-se à medição de vazões. Isso é possível por meio da leitura da altura da lâmina d’ água a montante de sua soleira.



Figura – Vertedouro para medição de vazão 4 - Dissipadores de energia A energia cinética (decorrente da velocidade) associada ao escoamento d’ água a jusante dos vertedores pode chegar a níveis muito elevados, ocasionando a destruição do material que está em contato com a água. Torna-se então necessário prever a construção de estruturas dissipadoras de energia, destinadas a compatibilizar a velocidade do escoamento com as características de resistência do meio físico a jusante. Se, na região a jusante do vertedouro, for identificada a presença de maciço rochoso fraturado, será suficiente verificar se o mesmo conseguirá dissipar a energia do escoamento. Caso essa região seja composta por solo deverá ser projetada uma proteção específica. Há várias soluções distintas para a dissipação de energia da água: - Bacias de dissipação: consiste na construção de uma bacia a jusante do vertedouro em que parte da energia é dissipada devido à mudança de regime do escoamento.



Figura – Bacias de dissipação Nesse caso, a função da bacia de dissipação é forçar a ocorrência de um fenômeno denominado “ressalto hidráulico” ao pé do vertedouro. O ressalto ocorre devido à mudança brusca no regime de escoamento, que passa de supercrítico (no vertedouro) a subcrítico (na bacia) e dissipa grande quantidade de energia. - Dissipadores do tipo salto de esqui: consiste na construção de uma pequena curva (que “lança” a água em direção ascendente) a jusante da estrutura de condução de água. A dissipação da energia ocorre devido à turbulência do jato, ao atrito e à incorporação de ar na massa líquida.

Figura – Dissipador do tipo salto esqui - Dissipadores contínuos: efetuam a dissipação de forma distribuída ao longo da estrutura de condução. Podem ser citadas como exemplos: escadas e calhas dissipadoras.



Figura – Exemplos de dissipadores contínuos Voltando para a questão, analisaremos cada uma das opções de resposta da questão, lembrando que ela solicita o item incorreto. a) o vertedor tipo sifão permite operação com nível d’água aproximadamente constante dentro da faixa de variação do projeto, devendo-se atentar para os desníveis de forma a não ocasionar cavitação. Um sifão é um conduto, com seção longitudinal curvada acima do nível de água do reservatório de montante, como mostrado na figura a seguir, possuindo, assim, uma região de pressão inferior a da atmosfera.

Figura – Seção longitudinal de um sifão (a) projeto básico (b) com regulagem de ar



O funcionamento do sifão depende do nível de água do reservatório de montante, isto é, quando este nível atinge a crista do vertedor, a água começa escoar para jusante, da mesma maneira que um vertedor simples. Entretanto, quando o nível de água interrompe o contato com a atmosfera e todo o ar é expelido na saída, pelo movimento do próprio líquido, o sifão fica escorvado (i.e. cheio) e começa atuar como conduto forçado. Constatam-se, então, três fases, até o início de operação do sifão, propriamente dito: 1- escoamento livre sobre o vertedor 2- escoamento aerado 3- escoamento como conduto forçado (blackwater) Descarga através dos vertedores tipo sifão As condições de descarga dos sifões podem ser avaliadas utilizando os seguintes conceitos: - escoamento em vertedor (Q ~H3/2) - escoamento em condutos forçados (Q ~H1/2) - vórtice livre Voltando ao item, ele traz informações corretas sobre o vertedor tipo sifão. b) o vertedor de serviço destina-se a descarregar apenas as grandes cheias, funcionando como sangradouro auxiliar e prevenindo o sangramento da barragem. Algumas barragens prevêem dois tipos de vertedores: os de emergência e os de serviço. Este seria para as vazões mais recorrentes. Aquele escoaria as vazões extremas em situações de grandes cheias. O erro da questão foi inverter os dois tipos. c) o vertedor tipo tulipa opera ora com controle de montante, ora com controle de jusante, de acordo com a vazão afluente e com as condições de descarga. Definição correta da operação de vertedores tipo tulipa. d) nos vertedores com comportas, as soleiras se situam abaixo do nível normal das águas, possibilitando maior vazão específica pelo aproveitamento da carga hidráulica. Também define corretamente o funcionamento hidráulico dos vertedores com comportas.



e) nos vertedores com níveis muito elevados, torna-se necessário prever a construção de estruturas dissipadoras de energia, destinadas a compatibilizar a velocidade do escoamento com as características de resistência do meio físico a jusante. Como vimos acima, definição correta. Resposta: B 04 - (TCU/2009) Os vertedouros são aberturas de contorno aberto interpostos em um conduto livre sobre os quais o líquido escoa; e podem ser considerados como orifícios, sem a parte superior. Esta é uma das possíveis formas de conceituar vertedouros. Resposta: C 05 - (TCU/2009) A estrutura de controle regula as vazões que saem do reservatório e impede o extravasamento quando o reservatório atinge níveis mais elevados. Essa estrutura deve ser dimensionada de forma que as relações entre carga e vazão sejam fixas. O vertedouro tem a função de extravasar as vazões de cheias para que o nível do reservatório não venha a suplantar o topo do barramento. Ou seja, não é função impedir o extravasamento, muito pelo contrário. Resposta: E 06 - (TCU/2007) Os extravasores, também identificados por vertedores ou vertedouros, são dispositivos de segurança responsáveis pela garantia da integridade de uma barragem; devem ser projetados e dimensionados com base em estudos hidrológicos e os seus resultados podem ser confirmados por meio de estudos em modelo reduzido. O dimensionamento dos vertedouros é possível a partir de estudos hidrológicos, que definam a vazão de projeto. Em muitos casos, são construídos modelos



reduzidos para se avaliar se aquele vertedouro será capaz de suportar aquela vazão de projeto. É comum ainda a utilização de modelos reduzidos para se estimar coeficientes de descarga. Resposta: C 07 - (TCE-ES/2004) A vazão de água através de um vertedor retangular depende somente do comprimento da sua soleira e da velocidade de chegada da água na sua entrada.

Como vimos, há vários fatores que influem na capacidade de um vertedouro. Além dos citados, há a carga hidráulica a montante, a forma da soleira, a existência ou não de pilares etc. Resposta: E

(TCU/2009) No projeto de uma barragem, o elemento que permite a passagem da água a jusante é identificado como extravasor, compreendido como o conjunto composto de cinco estruturas básicas: o canal de aproximação; a estrutura de controle; a estrutura de condução; a estrutura de dissipação; e o canal de restituição. Em relação a esses componentes, julgue os itens a seguir:

08 - (TCU/2009) O canal de aproximação deve ser construído de forma a conduzir a água desde o reservatório até a estrutura de controle, com a maior velocidade possível, sem gerar erosão, para aumentar o potencial hidráulico do empreendimento.

Para responder a esta questão, faremos uma breve revisão teórica sobre o assunto.

As tomadas d’ água são estruturas destinadas a captar e conduzir água ao sistema adutor; permitir o esvaziamento do reservatório e a passagem de sedimentos; e impedir a entrada de corpos flutuantes e de água, quando necessário.



Figura – Tomadas d´ água As tomadas d’ água compõem-se de grades de proteção contra corpos flutuantes, comportas para controle do escoamento e comportas de emergência (também chamados de stop-logs). O ideal é que a tomada d’ água tenha uma forma que reduza as perdas de carga ao mínimo possível, em todos os seus trechos. As tomadas d’ água devem ser localizadas, sempre que possível, junto à margem do reservatório, ao longo de trechos retos. Caso seja necessário instalá-las nos trechos em curva, deve-se preferir o lado côncavo, pois os sedimentos transportados pelo escoamento se depositam na parte convexa, devido às menores velocidades de escoamento. Além disso, na parte côncava as profundidades são maiores e a captação das águas superficiais é feita livre de sedimentos trazidos por arrasto. Portanto, evita-se a entrada de sedimentos na tomada d’ água, seja em rios, seja em reservatórios.



Figura – Localização da tomada d´ água

Os arranjos típicos para disposição das estruturas componentes da tomada d’água serão variados, em função dos aspectos topográficos e geológico-geotécnicos de cada local. Os principais elementos componentes das tomadas d’ água são (Figura abaixo): 1 - canal de aproximação/adução do escoamento; 2 - se no local do aproveitamento os estudos sedimentológicos realizados revelarem que o rio transporta sedimentos, deverá ser previsto no canal de adução, a montante da estrutura de tomada d’água, uma câmara destinada à decantação do material em suspensão e/ou um desarenador. O funcionamento dessas estruturas é bastante simples, ocorrendo devido às baixas velocidades de escoamento, que proporcionam a sedimentação de partículas sólidas. Na região baixa do desarenador, deve-se prever comporta de fundo, a fim de se possibilitar sua limpeza. 3 - a estrutura de tomada d’água propriamente dita, incluindo a grade para proteção contra corpos flutuantes e as comportas para controle do escoamento. 4 - a adução até as turbinas geralmente é feita por meio de condutos forçados. Entretanto, nos arranjos nos quais a casa de força situa-se afastada da tomada d’água (Figura abaixo), a jusante da estrutura, posiciona-se geralmente o canal de adução em superfície livre, ou tubulação de adução de baixa pressão, até a estrutura da câmara de carga. A jusante da câmara de carga situam-se os condutos forçados, por onde o escoamento é conduzido às turbinas. A câmara de carga é a estrutura responsável por fazer a transição da água do canal para a tubulação de alta pressão. A câmara de carga também tem a função de absorver as manobras bruscas que porventura possam ocorrer na operação (por exemplo, fechamento brusco da válvula de entrada da usina). Outra estrutura que merece ser apresentada aqui é a chaminé de Equilíbrio. Trata-se de reservatório de eixo vertical, normalmente posicionado no final da tubulação de adução de baixa pressão e a montante do conduto forçado, com as finalidades de amortecer as variações de pressão (evitando o golpe de aríete) e



armazenar água para fornecer ao conduto forçado o fluxo inicial provocado pela nova abertura da turbina, até que se estabeleça o regime contínuo. A câmara de carga e a chaminé de equilíbrio são estruturas pertinentes ao tema de energia hidrelétrica. Portanto, voltaremos a tratar desse assunto posteriormente. As figuras 44 e 45 apresentam esquematicamente um arranjo composto de câmara de carga.

Figura – Esquema de tomada d´ água

Figura – Esquema de tomada d´ água A Figura abaixo apresenta um arranjo típico de tomada d’ água:



ranhura para colocação de pranchõesdurante a manutenção

CORTE I-I

tubulação forçada

S

4,00 a 5,00LC2,00 Efundo do canalde aproximação

10

H NA min.

8 a 10%

cota dasoleirada grade

NA máx.

borda livref>=0,30

NA

a

Figura – Arranjo típico de tomada d´ água

Voltando à questão, há dois erros. O primeiro erro é dizer que o canal de aproximação deve conduzir a água com a maior velocidade possível, quando é justamente o contrário. O segundo erro está em afirmar que as grandes velocidades (as maiores possíveis) apresentam o objetivo de “aumentar o potencial hidráulico”. Ao contrário, ao se aumentar a velocidade da água que será levada à estrutura vertedoura, supõe-se que a vazão que será “extravasada” também será aumentada.

Resposta: E



09 - (TCU/2007) A captação de água de superfície deve situar-se em um trecho reto do curso da água ou, caso isso não seja possível, em local próximo à sua margem externa.

O ideal é que as captações localizem-se em trechos retos. Quando isso não for possível, prefere-se a localização nos trechos côncavos (ou externos), que acumulam menos sedimentos. Resposta: C 10 - (MPOG/2008) A construção de um rip-rap (camada de enrocamento) evita que a incidência de chuva na face do talude de jusante provoque sulcos de erosão. Para responder a esta questão, cabe uma revisão teórica sobre proteção dos taludes. Como forma de se aumentar o período de utilização da barragem, são previstas formas de proteção dos taludes (faces inclinadas) do maciço. No caso dos taludes de montante, visa-se a proteção contra a ação do vento, ondas do reservatório e chuva. No talude de jusante, os principais agentes de ataque são, além da chuva e do vento, o pisoteio de animais e outras formas de impactos que podem ocorrer na face que fica “exposta” à ação do tempo. As formas mais comuns de proteção no talude de montante são o uso de “rip-rap” (lançado ou arrumado), placas de concreto, pedras rejuntadas, asfalto e brita corrida (= produto resultante de britagem primária de rocha sã, cuja granulometria é contínua, muito usada em obras rodoviárias). “O “rip rap é a denominação dada a uma técnica que se utiliza de camada de fragmentos de rocha utilizados para proteção contra a erosão. No talude de jusante, adotam-se o plantio de espécies vegetais (grama, por exemplo), camadas de pedra e drenagem superficial (no caso de barragens maiores). As espécies vegetais a serem escolhidas devem ser do tipo cujo crescimento das raízes se dê de forma horizontal. O plantio de árvores e arbustos deve ser evitado, pois suas raízes tenderão a se dirigir para os sistemas de drenagem interna em busca de água. Além disso, se elas vierem a morrer, os



“vazios” das raízes apodrecidas pode criar caminhos preferenciais para a água de percolação. Voltando à questão, os rip raps são proteções utilizadas nos taludes de montante, para a proteção contra o impacto das ondas do reservatório. Resposta: E 11 - (TCE-PI/2005-FCC-adaptado) Sobre a proteção dos taludes de jusante de uma barragem de terra o plantio de árvores e arbustos, ao longo do talude, deve ser previsto e planejado para facilitar o crescimento da grama. Segundo Paulo Cruz (1996), árvores e arbustos devem ser evitados já que suas raízes crescerão contra a barragem, visando a atingir os drenos internos. Por isso, preferem-se espécies vegetais cujas raízes tenham crescimento horizontal. Resposta: E

12 - (TCE-ES/2004) O material indicado pela letra B visa reduzir a vazão de água capaz de atravessar o corpo da barragem.

Vimos que para a estabilidade de uma barragem de terra, deve ser evitada a percolação de água que percorra todo maciço. Portanto, a camada “B” é



construída de material menos permeável, de forma a diminuir a passagem de água atravessando a barragem.

Resposta: C 13 - (TCE-ES/2004) O material da camada indicada pela letra C deve ter coeficiente de permeabilidade menor que o do material da camada indicada pela letra B.

No item anterior foi explicado que o material da camada “B” deve ser o mais impermeável possível. A letra “C” representa uma estrutura de transição (um filtro) que visa a evitar o carreamento de solos finos da camada B para jusante dreno interno da barragem. Resposta: E (MPOG/2008) As barragens de terra ou de concreto são construções artificiais e os materiais que as constituem podem ser especificados e, portanto, conhecidos e controlados pelo projetista. O mesmo não ocorre com o terreno de fundação, o qual normalmente deve ser submetido a um tratamento para melhorar suas características de percolação. A respeito das diversas alternativas adotadas nesse tratamento, julgue os seguintes itens.

14 - (MPOG/2008) A trincheira de vedação ou cutoff consiste em escavação feita no solo de fundação preenchida com solo compactado.

Aqui, cabe uma revisão sobre a fundação de uma barragem, que é o local em que esta se apóia. É o local em que se encontram as obras abaixo do maciço. Em alguns casos, a fundação determina qual será o tipo de barragem adotado, bem como sua seção típica. É comum ocorrerem alguns problemas em fundações de barragens: (i) falta de estanqueidade (= “vedação”); (ii) baixa resistência (= “capacidade de suporte” de cargas é insuficiente); (iii) estabilidade ameaçada devido ao mau contato



barragem-fundação (possibilidade de “deslizamento” devido à falta de atrito entre barragem/fundação); (iv) recalques excessivos. Cabe destacar o fato de que muitas vezes o fluxo pela fundação chega a superar o fluxo pelo maciço. Ademais, a grande maioria dos casos de piping ocorre na fundação (Cruz, 1996). Assim, deve-se prever uma vedação para a fundação, que pode ser considerada um complemento para a proteção dada pelo sistema de drenagem interna. Seguem algumas medidas adotadas para prevenir os problemas supracitados: - Trincheira impermeável (cut off – Figura abaixo): É aplicável para a impermeabilização da camada de areia na fundação. Solução mais efetiva, pois intercepta integralmente a feição permeável onde se deseja interromper o fluxo, preenchendo-se o espaço com solo impermeável compactado até a superfície impermeável. Em alguns casos, quando a camada permeável encontra-se estratificada, adota-se a trincheira parcial, em que escavação atinge parte da fundação apenas; entretanto, essa solução apresenta pequena influência na redução de vazões.

Figura – Trincheira impermeável – cut off - Injeções (Figura abaixo) – Utilizada no controle das fraturas rochosas de forma a tornar a fundação rochosa impermeável e consolidada (usa-se calda de cimento neste caso). Também pode ser utilizada em fundações permeáveis, por meio de injeções de cimento, argila, bentonita e aditivos químicos. Nessa última aplicação, a injeção é indicada quando a camada permeável for profunda (tiver uma maior espessura).



Figura – Injeções - Cortina de estacas–prancha – Cravação de estacas-prancha metálicas até se atingir trecho impermeável. De custo elevado, é pouco utilizada, já que a presença de rocha alterada causa descontinuidade na superfície impermeabilizada, ocasionando pontos de fuga. - Tapete impermeabilizante (Figura abaixo) – Indicado quando a espessura do solo permeável é muito grande. Reduz-se a descarga pela fundação pelo aumento do caminho da percolação. É construído com o mesmo material impermeável do núcleo.

Figura – Tapete impermeabilizante - Diafragma (Figura abaixo) – Funciona como uma cortina de injeções ou de estacas.



Figura – Diafragma A seguir, seguem duas soluções de fundações para o caso de a camada de solo adjacente à barragem (logo abaixo dela) ser impermeável, mas assentar-se sobre uma camada mais permeável. - Poço de alívio (Figura abaixo) - Os poços de alívio são instalados junto ao pé de jusante para reduzir os danos potenciais das sub-pressões dos materiais mais permeáveis, subjacentes a camada menos permeável (argilosa). Tais sub-pressões podem acarretar erosão interna do material de fundação e instabilidade do maciço. Ajudam também a controlar a direção e a quantidade de fluxo sob a barragem.

Figura – Poço de alívio - Dreno de pé (Figura abaixo) – Os drenos de pé são constituídos de brita e pedregulho grosso, para os quais convergem as águas freáticas, sendo, em seguida, coletadas e drenadas para algum ponto onde possam ser lançadas sem causar danos (leito do rio ou filtros). São substituídos pelos poços de alívio no caso de camadas impermeáveis mais espessas.



Voltando à questão, temos que para ser mais efetiva, essa escavação deve alcançar o substrato impermeável. Resposta: C 15 - (MPOG/2008) Os diafragmas plásticos são uma solução moderna que consiste na escavação de uma vala estreita ou ranhura no solo da fundação preenchida com placas de plástico delgadas.

Os diafragmas plásticos não são preenchidos com placas de plástico. É uma estrutura de vedação da percolação, realizada em solo impermeável, cimento etc. Resposta: E

16 - (MPOG/2008) As cortinas de estacas-prancha consistem na cravação de estacas-pranchas metálicas, de chapas bastante delgadas, até atingir o substrato impermeável.

Esta é a definição de cortinas de estacas-prancha. Vale destacar que, segundo a literatura especializada, a cravação de estacas prancha é muito pouco utilizada, devido às descontinuidades da rocha, que inviabilizam sua utilização. Resposta: C



17 - (MPOG/2008) Poço de alívio é um poço aberto no corpo da barragem e preenchido com material granular, mais permeável que o solo de fundação.

Como visto em resposta de questão anterior, o poço de alívio é aberto no pé de jusante da barragem. Ele é preenchido com material mais permeável que o restante da fundação. Resposta: E 18 - (TCU/2005) Na transposição de um aterro de estrada, um bueiro pode ser corretamente empregado como conduto forçado.

Aproveitemos esta questão para uma revisão teórica sobre bueiros, que são estruturas hidráulicas, construídas nos pontos baixos dos vales, objetivando a passagem das águas dos talvegues sob as obras de terraplenagem. Compõem-se de 3 partes: a boca de entrada (a montante), o corpo da obra e a boca de saída (a jusante). Em alguns casos, instala-se um dissipador de energia a jusante. Em outros, são previstas grades na boca de entrada para evitar que objetos possam obstruir o escoamento.

Figura – Bueiro tubular simples de concreto



Figura – Bueiro celular triplo de concreto

Figura – Bueiro tubular duplo de concreto Um bueiro pode ser considerado um conduto livre ou forçado e de pequeno comprimento, intercalado em um curso de água, visando auxiliar a transposição de um aterro. Apesar de serem estruturas simples, os bueiros têm seu funcionamento hidráulico complexo. Assim, podem trabalhar de três formas distintas: como canal (ou seja,



escoamento livre); como orifício (com carga hidráulica a montante); ou como conduto forçado (com carga a montante e a jusante). Para continuar, temos que compreender o conceito de orifício, que é uma abertura regular na parede ou no fundo de um recipiente, através do qual sai o líquido ali contido, mantendo-se o contorno submerso. Pode-se dizer que um orifício está totalmente submerso se o nível d’ água a jusante estiver acima do bordo superior do orifício (Figura abaixo (a)). Pode-se dizer que ele está parcialmente submerso se o nível d’ água a jusante está entre os bordos do orifício (Figura abaixo (b)).

Figura – Orifícios Voltando aos bueiros, sua classificação se dá segundo os critérios de número de linhas, geometria e materiais utilizados. Adota-se a uma notação simples para sua identificação, como veremos adiante. Os bueiros podem ser simples (“S”), duplos (“D”) ou triplos (“T”), conforme tenham 1, 2 ou 3 linhas (evita-se um número maior que três). No caso de um número de linhas superior a um (linhas múltiplas), adota-se uma redução da capacidade de vazão de 5%. Ou seja, um bueiro duplo terá a capacidade de vazão igual a 95% da soma das capacidades individuais de cada um dos bueiros. Podem ser tubulares - “T” (seção circular) ou celulares – “C” (seção retangular ou quadrada). Existem ainda outras formas menos comuns (elíptica, por exemplo), para serem usadas quando mais conveniente ao projeto.



Quanto aos materiais, as bocas (de saída e de entrada) podem ser construídas em concreto, alvenaria de pedra argamassada ou em gabiões (pedras envoltas por uma tela metálica, formando uma espécie de “caixa” recheada de pedras). O corpo pode ser de concreto moldado in loco ou constituído por peças pré-moldadas, nesse caso denominado genericamente de bueiros de concreto (“C”). São comuns também os construídos em chapa de aço corrugadas (bueiros metálicos – “M”). Há ainda os de PVC, fibra de vidro etc. As letras especificadas são úteis em especificações dos serviços de uma obra hídrica, como uma forma de “abreviar” a descrição do serviço em uma planilha orçamentária. Um bueiro duplo tubular metálico, com diâmetro de 1,00m, terá a notação BDTM ø 1,00. Já a notação BTCC 3,00 x 2,00 corresponde a um bueiro triplo celular de concreto, cuja seção tem 3,00m de base e 2,00m de altura, cada uma das células. Como critério de projeto, deve-se ter em mente que o dimensionamento de obras novas é usualmente efetuado na hipótese de funcionamento como canal. Em ocasiões especiais, admite-se uma condição de operação com pequena carga hidráulica, limitada a 20% da dimensão vertical da obra. Já na verificação do funcionamento de obras já existentes (as quais podem estar “subdimensionadas” para os parâmetros técnicos atuais), pode ser aceita alguma carga a montante, mas deve ser dada atenção à estabilidade do aterro, que muitas vezes não suporta as solicitações decorrentes de elevados níveis de água a montante. A Figura abaixo apresenta algumas alternativas de posicionamento de bueiros.

Figura – Alinhamentos de bueiro É recomendável que seja seguido o traçado do percurso natural do talvegue (Figura abaixo (a)). Entretanto, há a possibilidade de se usar o alinhamento exposto na Figura abaixo (b). Nesse caso, o bueiro deve ter sua extremidade de



jusante terminando além da face do talude, visando protegê-lo da erosão (em especial o “pé” do dique), já que evita seu contato com o escoamento. Já no traçado da Figura abaixo (c), o talude funciona como uma barragem, já que ocasiona represamento a montante. Por fim, assim como ocorre nos canais, deve ser analisada a velocidade máxima de escoamento dos bueiros, de acordo com o material do revestimento. Deve ser avaliada também a velocidade admissível do escoamento hidráulico a jusante da obra, prevendo-se, quando necessário, estruturas de dissipação de energia, que sejam capazes de reduzir essas velocidades. Voltando à questão, os bueiros podem corretamente ter seu funcionamento hidráulico como canal, como orifício ou como conduto forçado. Vale reforçar que no dimensionamento de novas estruturas o ideal é sua operação como canal. Resposta: C 19 - (PF/2004) No dimensionamento de drenos e bueiros em áreas florestais, deve-se calcular a vazão de pico da área de contribuição à montante, levando-se em conta um período de retorno de no mínimo 200 anos.

Essa questão trata menos de bueiros e drenos e mais sobre o conceito de período de retorno (TR), conceito já estudado em nosso curso. No caso em tela, as áreas são florestais, portanto, não é necessário o dimensionamento das estruturas para serem capazes de conduzir vazões de TR superiores a 200 anos, pois uma eventual enchente numa área florestal seriam relativamente pequenas. Resposta: E



(PF/2004)A figura acima apresenta a seção transversal de uma barragem de enrocamento com núcleo de argila proposta para a formação de um reservatório. Com relação às condições apresentadas nessa figura e considerando que as regiões identificadas pelas letras A e B são constituídas de enrocamento, julgue os seguintes itens. 20 - (PF/2004) Na seção transversal apresentada, não foi previsto cut-off.

Esta questão teve o gabarito preliminar ERRADO, pois a estrutura apresentada seria (a princípio) um cut off parcial, como sendo o prolongamento do núcleo de argila. Mas o CESPE mudou o gabarito e apresentou a justificativa de que o cut off é elemento que dificulta ou interrompe o fluxo de água através do solo. Nesse caso, segundo a banca, a figura não representaria o cut off, já que não alcançaria a camada de baixa permeabilidade do solo. Resposta: C 21 - (PF/2004) O componente indicado pela letra C representa um filtro e sua localização evita qualquer possibilidade de piping do material do núcleo argiloso.

A colocação do dreno representado por “C”, visa recolher a água que percola pela barragem. Diminuindo a vazão de água traspassando a barragem, diminui-se o risco de piping. Mas falta ainda um filtro vertical, que visaria a reter o deslocamento de solos finos provenientes do núcleo.



Resposta: E 22 - (PF/2004) O componente E representa uma cortina de injeção e está convenientemente posicionado de forma a reduzir substancialmente a vazão de água através do solo de fundação.

A localização correta da injeção é sob o maciço impermeável de forma a reduzir a vazão que passa pela barragem. Resposta: E 23 - (CODEBA/2006) As barragens de enrocamento, comuns na construção de açudes, são do tipo arco.

Barragens do tipo arco são feitas com concreto. Resposta: E 24 - (MPOG/2008)O efeito erosivo das ondas formadas na superfície da água do reservatório sobre o talude de montante pode ser combatido com o lançamento de uma camada de pedrisco ou com o plantio de grama em placas ou por meio de hidrossemeadura na superfície do referido talude.

A proteção do talude de montante é feita com rip-rap (lançado ou arrumado), placas de concreto, pedras rejuntadas, asfalto e brita corrida. Pedrisco ou plantio de grama são largamente utilizados no talude de jusante. Resposta: E 25 - (PMV/2008) Quanto aos tipos de barragens e suas características, julgue os itens subseqüentes. (PMV/2008) As barragens de terra homogênea toleram fundações mais deformáveis.



As barragens de concreto são mais rígidas e as de terra são mais flexíveis. Assim, essas últimas acomodam-se mais aos eventuais deslocamentos da fundação. Esse é um os motivos para dizermos que as barragens de terra/enrocamento são menos exigentes quanto à fundação. Resposta: C

(COHAB/2004) A respeito da figura acima, que mostra o desenho da seção transversal de uma barragem, julgue os seguintes itens. 26 - (COHAB/2004) O trecho indicado pelas letras ABCD é denominado ensecadeira. O trecho indicado pelas letras ABCD é denominado trincheira (ou cut off) parcial. Essa parte da estrutura tem a função de diminuir a percolação pela fundação. A ensecadeira é uma estrutura utilizada durante a construção da barragem. Antes de ser iniciada a construção da barragem, o rio precisa ser desviado de seu curso natural. O desvio pode ser feito em duas fases, como na Figura A, ou, se as condições topográficas e geológicas assim o permitirem, através de um ou mais túneis escavados em rocha ou canais de desvio, como na Figura B. Resposta: E



27 - (COHAB/2004) O número 1 indica o componente destinado a diminuir a infiltração de água do reservatório pelo corpo da barragem. O número 1 indica componente destinado a conduzir com segurança a água que percola o maciço. Mas não diminui a infiltração de água na barragem. Resposta: E 28 - (COHAB/2004) O talude jusante da barragem está indicado no desenho pelo número 2. A distinção entre os termos montante e jusante sempre é cobrado pelo CESPE. Lembrem-se sempre de que, considerando o sentido do escoamento, montante é o que fica antes, acima , enquanto jusante é o que após ou abaixo (no sentido do escoamento). Resposta: E 29 - (COHAB/2004) O componente destinado a drenar a água que percola pelo corpo da barragem está especificado no desenho pelo número 3. O componente destinado a drenar a água é o de número 2. O componente de número 3 visa a diminuir a percolação de água. Resposta: E



30 - (COHAB/2004) A seção transversal apresentada na figura é típica de uma barragem zonada. É característica da barragem zonada ter um núcleo impermeável e espaldares formados por material mais permeável. Resposta: C

(CHESF/2002)Considerando a seção transversal de uma barragem construída sobre solo predominantemente siltoso e o esquema da figura acima, julgue os itens que se seguem.

31 - (CHESF/2002) Para as condições apresentadas na figura, a segurança da barragem contra problemas advindos do fluxo d’água pelo solo de fundação estará sempre garantida caso o seu núcleo argiloso penetre na camada de fundação até a metade da sua espessura. O ideal é que a trincheira (prolongamento do núcleo ao longo do solo de fundação) atinja o substrato impermeável. Resposta: E 32 - (CHESF/2002) A diferença de valores de rigidez dos materiais utilizados na barragem pode provocar o trincamento do núcleo argiloso.

A diferença de rigidez ocasiona trincamento de partes da estrutura devido aos diferentes níveis de acomodação de cada material. Por isso, são previstas camadas de transição entre materiais diferentes (por exemplo, entre argila e enrocamento).



Resposta: C

33 - (TJDFT/2008) Uma das formas de ruptura hidráulica é a erosão interna, com progressão contrária ao fluxo de água, denominada retroerosão tubular ou piping.

Está correta a definição de piping apresentada. Resposta: C 34 - (TJDFT/2008) Em barragens construídas sobre terrenos de fundação permeáveis, é possível a ocorrência de ruptura hidráulica por levantamento.

Ocorre o levantamento quando a força de percolação vertical ascendente, iguala-se ao peso da estrutura, ocasionando sua ascensão vertical. Resposta: C 35 - (FSCP/2004) A crista, ou soleira, é a denominação dada à borda inferior de um vertedor.

A soleira de um vertedouro é exatamente a sua borda inferior, por onde escoa o fio d´água vertente. Resposta: C (TCU/2007) Os principais órgãos constituintes de uma barragem são o maciço, o extravasor, a usina hidrelétrica, a tomada d’água, a transposição de nível (eclusa e escada de peixes), o dissipador de



energia, entre outros. Em relação a esses componentes, julgue os itens subseqüentes. 36 - (TCU/2007) Se o local onde se pretende construir uma barragem é caracterizado por solo e subsolo que apresentam baixa capacidade de suporte, é recomendável a construção de barragens de contraforte devido ao menor peso destas. Uma fundação com baixa capacidade de suporte não pode receber os esforços decorrentes de barragens de contrafortes. Analisando o perfil dessas barragens, percebe-se que há a redução da área de contato, o que aumenta as solicitações a serem transmitidas pontualmente no terreno. Resposta: E 37 - (DESO-SE/2004) A vazão que escoa por um conduto, em que o fluido (água) está sob pressão, pode ser medida por meio de vertedores.

É bastante comum a utilização de vertedouros também em canais abertos. Nesse caso, destinam-se à medição de vazões. Isso é possível por meio da leitura da altura da lâmina d’ água a montante de sua soleira.

Figura – Vertedouro para medição de vazão Resposta: E



38 - (IEMA-ES/2004) A vazão máxima é um valor associado a um risco de ser igualado ou ultrapassado. Esse dado é importante no dimensionamento de obras hidráulicas como vertedouros e canais de adução. A vazão máxima é um valor associado a um risco (TR). A partir das vazões máximas, projeta-se o vertedor, bem como os canais destinados a conduzir essa mesma vazão. Resposta: C 39 - (PF/2004) Vertedores são dispositivos utilizados para medir vazão em escoamento por um canal, sendo que a carga sobre a soleira medida a jusante do dispositivo permite determinar a vazão.

Os vertedores são utilizados para medir vazões, mas a carga é medida a montante da soleira.

Resposta: E

40 - (DESO/2003) Ao se provocar o alisamento das paredes e do fundo de um canal ou de um rio, mantendo-se constantes as demais variáveis, poderá escoar maior vazão por esse rio ou canal. Utilizaremos a questão acima para fazer uma revisão teórica sobre canais. 1 – Canais



Figura – Canal revestido – escoamento livre Canais são estruturas hidráulicas que têm por objetivo a condução de águas, de forma a compatibilizar as demandas às disponibilidades. Essas demandas podem ser para abastecimento, irrigação, drenagem etc. Diferentemente dos condutos sob pressão, os canais operam em escoamento livre e, portanto, por gravidade. O dimensionamento de um canal pode ser diferente de acordo com as características da superfície em contato com a água (em função de o canal ser revestido ou não). Deve-se projetar o canal segundo a hipótese de escoamento uniforme, todavia, é importante a determinação da linha d’ água em condições mais realistas de projeto, supondo condições de escoamento gradualmente variado (lembrando: “variado” = aquele que varia ao longo de sua trajetória, ou seja, de montante para jusante). Os canais revestidos são mais estáveis, como é de se supor. Assim, o problema de dimensionamento reduz-se à otimização da seção transversal para transportar a vazão de projeto a custos mínimos. Isso significa que, dados (i) o coeficiente de rugosidade, (ii) a declividade e (iii) a área, deve-se buscar uma seção geométrica composta pelo menor perímetro molhado possível. Assim, gasta-se menos com revestimento do canal. Essa é denominada a seção de máxima eficiência. Já os canais não-revestidos, ou erodíveis (= que podem sofrer erosão, ou seja, podem perder material sólido das margens e fundo), têm como limitação de projeto a sua própria instabilidade. Essa característica variará de acordo com a sua geometria, dos materiais do canal e dos materiais conduzidos pela água. Assim, pode-se dimensionar esse tipo de canal pelo método da velocidade permissível ou o método das tensões de arraste.



O primeiro método (velocidade permissível) é mais simples e consiste em dimensionar-se o canal respeitando-se as limitações de velocidades para que não ocorra a erosão do canal. O valor limite da velocidade máxima será função do material constituinte do canal e da carga de material sólido transportada pelo canal. Ou seja, a presença de sedimentos na água aumenta a ocorrência de erosão, o que ocasiona a necessidade de que a velocidade de escoamento seja menor. Entretanto, esse método não leva em conta a geometria da seção, apenas o tipo de material. O segundo método (tensões de arraste) dimensiona o canal de forma a manter as tensões de cisalhamento (tensão de arraste) junto às paredes e ao fundo de canal inferiores a uma tensão admissível, valor a partir do qual ocorreriam processos erosivos. As tensões de arraste efetivas são diferentes no leito e nas paredes do canal. Se forem inferiores à tensão crítica, o canal será estável. Qualquer que seja o revestimento do canal, é necessário verificar as velocidades do escoamento, tanto para as máximas quanto para as mínimas. No que tange as velocidades máximas, mesmo nos canais revestidos, elas não podem ser tão grandes que provoquem abrasão (desgaste causado pelo fluxo da água) na parede ou deslocamento do revestimento. Há também a verificação de velocidades mínimas de forma a se evitar a deposição de material carreado e o crescimento da vegetação nas margens. Exige-se também que crie uma distância vertical entre o topo do canal e a superfície da água nas condições de projeto, denominada borda livre. Funciona como uma faixa de segurança, face às imprecisões e incertezas do dimensionamento. Ademais, as bordas livres justificam-se também em função da formação de ondas superficiais devido às imperfeições do canal, obstáculos etc. Como visto, o tipo de revestimento de um canal interfere na sua capacidade de condução hidráulica. Porém, há outros aspectos envolvidos. Canais em solos ou vegetação têm como vantagens o baixo custo de implantação e sua melhor inserção ambiental. Por outro lado, as baixas velocidades admissíveis implicam na necessidade de canais de maior porte do que aqueles correspondentes aos canais revestidos. Ademais esses tipos de canal exigem manutenção constante. Canais revestidos de concreto são mais comumente utilizados em locais em que a faixa disponível para a implantação da obra é reduzida. O concreto permite uma grande flexibilidade na adoção da forma geométrica do canal, além de permitir maiores velocidades de escoamento, que possibilitam uma maior capacidade de vazão. As seções de concreto não exigem tanta manutenção quanto aquelas em



solo ou vegetação. Como desvantagens apontam-se o alto custo e aspectos ambientais. Em sistemas de drenagem, ocorrem impactos hidráulicos devido à antecipação dos picos de cheia. Além desses tipos de revestimento, destaca-se a utilização de gabiões (grades metálicas preenchidas com pedra) e enrocamentos ou rip-raps (pedras lançadas ou arrumadas). Por fim, cabe destacar que a medição de vazões em canais abertos pode se dar por intermédio de diversas técnicas, tais como: flutuadores, calhas Parshall, molinetes ou em vertedores. Voltando à questão, com a diminuição da rugosidade do escoamento (menor valor de “n”), aumenta-se a capacidade de condução de vazões. Lembrando que na equação de Manning, o parâmetro “n” está no divisor. Portanto, quanto menor “n” (coeficiente de rugosidade de manning), maior “Q” (vazão). Resposta: C 41 - (CGU/2008) Os canais são estruturas hidráulicas que têm por objetivos básicos a condução das águas, seja para abastecimento, irrigação, drenagem, etc., ou ainda, possibilitar ou favorecer a navegação, na implantação de hidrovias, de forma a assegurar profundidades necessárias para a circulação de embarcações. Qualquer que seja o objetivo, no entanto, seu dimensionamento obedece aos mesmos critérios. Sabendo-se que um canal revestido de concreto (K=80 m1/3/s) será construído para atender a uma vazão de 3600 l/s, escolha a seção transversal que garanta a velocidade máxima de escoamento permitida de 6 m/s.

A)



B)

C)

D)

E) A maioria (não todas) das questões que exigem cálculos nas provas da ESAF cobra do aluno um raciocínio simples, como o seguinte: Para uma vazão de 3600 l/s, passando pela seção a uma velocidade de 6 m/s, precisaremos da seguinte área A de canal: Q = 3600 l/s = 3600 dm3/s V = 6 m/s = 60 dm/s A = Q/V = 3600 / 60 = 60 dm2 Apenas a área do item D corresponde aos 60 dm2 = 0,6 m2.



Resposta: D 42 - (PETROBRÁS/2008) Em um dado ponto de um conduto forçado de água, a diferença entre a linha de carga total e a linha piezométrica resulta no valor da pressão do líquido. Para responder a questão acima, façamos uma breve revisão teórica sobre condutos sob pressão, outro item do nosso edital, retomando um assunto brevemente visitado na nossa aula 01. Condutos sob pressão Os condutos sob pressão (ou condutos forçados) são aqueles que trabalham submetidos a uma pressão diferente (geralmente maior) da atmosférica. Assim, sua seção deve ser sempre fechada, e o líquido escoa em seu interior, enchendo-a totalmente. Em geral, apresentam seção circular.

Figura – Tubulação em conduto forçado Os condutos forçados podem funcionar por gravidade (declividade natural do terreno) ou por recalque (bombeamento) vencendo desníveis entre o ponto de captação e o ponto de utilização. A Figura abaixo detalha a aplicação do teorema de Bernoulli aos escoamentos em conduto forçado. A Figura abaixo (a) apresenta uma situação sem escoamento (v = 0 m/s). Nesse caso, a linha de pressões (soma das cargas de posição e de pressão) permanece inalterada no nível do ponto 1. Na situação em que há escoamento (Figura abaixo (b)), a carga cinética não é nula (v > 0 m/s).



Portanto, como o plano de energia (linha de pressões adicionada à carga de velocidade) continua no mesmo nível, a linha de pressões diminui. Na situação da Figura abaixoc o diâmetro do tubo diminui. Como a vazão permanece a mesma, segundo a equação da continuidade (Q = V.A) a velocidade aumenta, aumentando a carga cinética. Assim, há uma diminuição ainda maior da linha de pressões.



Figura – Teorema de Bernoulli Entretanto, na prática, o líquido no conduto é submetido a forças de atrito (com a parede interna do tubo), que ocasionam uma perda de energia. Portanto, o plano de energia rebaixa-se proporcionalmente à perda de carga. Muitas vezes, devido à topografia do terreno, a tubulação poderá estar totalmente abaixo, coincidente ou acima da linha piezométrica (de pressões).

Figura – Tubulações e linhas de carga 1 – Tubulação totalmente abaixo da linha piezométrica: pressão superior à pressão atmosférica. Portanto, o escoamento contínuo está garantido. Apesar disso, nos pontos altos da tubulação, pode haver acumulação de ar causando até a interrupção do escoamento. Assim, nesses pontos, instalam-se “ventosas”, peças que removem o ar e admitem a sua entrada no caso de esvaziamento da tubulação. Nos pontos baixos exigem-se dispositivos de descarga, destinadas ao seu esvaziamento para manutenção. 2 – Tubulação coincidente com a linha piezométrica (escoamento livre): conduto livre ou canal. Deve-se destacar que em projetos de adutoras adota-se os traçados 1 ou 2. 3 – Tubulação corta a linha piezométrica: o trecho acima da linha piezométrica fica sujeito a pressões inferiores à atmosférica, o que aumenta o risco de contaminação da água, com a entrada de impurezas do meio externo para o interior da tubulação caso haja qualquer abertura (imperfeição) nas paredes do tubo.



4 – Tubulação corta o plano de carga estático: escoamento ocorre naturalmente apenas se a tubulação estiver cheia. 5 – Tubulação corta a linha piezométrica absoluta: Nesse caso é impossível o escoamento por gravidade. Exige-se a instalação de uma bomba para impulsionar o líquido até o ponto mais alto. Por fim, vale citar que, em condutos fechados a medição de vazões ocorre por meio de técnicas tais como: tubos do tipo Venturi, tubo de Pitot etc. 2.1 - Perda de carga Vimos que no escoamento, o líquido transforma energia em calor no contato com a tubulação. Essa energia denomina-se perda de carga. Essa perda de carga divide-se em contínua (ao longo do tubo) e localizada (em conexões, aparelhos etc.). A contínua deve-se, principalmente, ao atrito interno. A razão entre a perda de carga contínua e o comprimento do conduto (L), representa o gradiente ou a inclinação da linha de carga, e é denominada por perda de carga unitária (J):

L

'hJ

∆=

A fórmula universal da perda de carga fornece o valor da perda de carga contínua.

L.g2.D

U.f'h

2

=∆ onde,

f = coeficiente de perda de carga; U = velocidade média do escoamento (m/s); L = comprimento do conduto (m); D = diâmetro do conduto (m); g = aceleração da gravidade (m²/s). Outra equação importante para o cálculo da perda de carga é a equação de Hazen-Williams:



87,4

85,1

85,1

64,10

D

Q

CJ = , onde:

J = perda de carga unitária (m/m); C = coeficiente de perda de carga; Q = vazão (m³/s); D = diâmetro da tubulação (m). Não se preocuparem em decorar as equações acima. O importante é perceber como a perda de carga relaciona-se com o diâmetro ou com a velocidade do escoamento. O coeficiente de perda de carga é adimensional e depende basicamente do regime de escoamento (laminar ou turbulento – classificado em função do Número de Reynolds). Adicionalmente às perdas contínuas, existem as localizadas, causadas por singularidades do tipo curva, junção, válvula, medidor, etc.

g2

U.K"h

2

=∆ , onde:

K= coeficiente adimensional; U= velocidade média do escoamento (m/s) K é um coeficiente adimensional que depende da geometria da singularidade e do Número de Reynolds. Na prática, adotam-se tabelas com valores padronizados. Voltando à questão, a linha de carga total abrange a carga cinética (velocidade), a carga de pressão e a carga de posição (altura). A linha piezométrica abrange essas duas últimas. Portanto, o que as difere é a carga cinética, decorrente da velocidade do escoamento. Resposta: E 43 - (TCU/2011) Vertedores do tipo tulipa são vertedores do excesso de escoamento que aflui ao reservatório e caracterizam-se por apresentarem soleira em perfil normal e se posicionarem em uma das ombreiras da barragem.



Conforme figura apresentada na questão 3, os vertedores tulipa escoam o excesso de água de aflui dos reservatórios e se caracterizam por soleira vertente e se posicionam em locais mais centrais em relação ao reservatório, não nas ombreiras da barragem. Percebam que na prova anterior para a área de obras do TCU o CESPE também cobrou vertedor tulipa. Resposta: E 44 - (TCU/2011) Estruturas de dissipação de energia, quando posicionadas a montante de vertedores de excesso de escoamento afluente ao reservatório, promovem a transformação da energia cinética em energia de posição, com perda de energia. Conforme já discutido, as estruturas de dissipação de energia devem ser posicionadas a jusante dos vertedores, não a montante. Resposta: E 45 – (MP/2010) o raio hidráulico de um canal indica a sua eficiência hidráulica. Ou seja, quanto maior o raio hidráulico de um canal, maior a vazão transportada por esse canal para uma determinada área da seção transversal, em uma dada declividade. Conforme estudado na aula passada, os escoamentos em canais têm a singularidade de uma grande variação de seções transversais, declividades e rugosidade dos condutos. Caso a seção, a profundidade da água e a velocidade do escoamento permaneçam as mesmas, podemos afirmar que ocorre o escoamento uniforme. Nessas condições, o fundo do canal, a linha d’água e a linha energética total têm a mesma declividade. Quando o escoamento é uniforme, pode-se utilizar a denominada Fórmula de Manning para cálculos hidráulicos relativos a canais artificiais e naturais.



Segundo a “equação da continuidade”, pode-se afirmar que Q = V . A, sendo: Q – vazão (m³/s); V – velocidade (m/s); A – área (m²) A velocidade pode ser expressa como sendo dependente da resistência do “meio” ao escoamento. Vejam abaixo a equação da velocidade de escoamento (escoamento uniforme):

21

321IR

nV h ⋅⋅=

Portanto, segundo a equação de manning, uma vazão pode ser representada por:

21

321IRA

nAVQ h ⋅⋅⋅=⋅=

, sendo: Q – vazão (m³/s); A – área (m²); I – declividade do canal (m/m); Rh – raio hidráulico (m), que é calculado pela divisão da área pelo perímetro do canal; n – coeficiente de rugosidade de manning. Com base na equação acima, pode-se concluir que: 1 – Quanto maior a declividade de um canal, maior sua capacidade de conduzir vazões; 2 - Quanto maior a área de um canal, maior sua capacidade de conduzir vazões; 3 - Quanto menor o coeficiente de manning de um canal (menor rugosidade, menor resistência ao escoamento), maior sua capacidade de conduzir vazões; 4 – Quanto maior o raio hidráulico de um canal, maior sua capacidade de conduzir vazões. Assim, a assertiva pode ser considerada correta. Resposta: C 46 – (MP/2010) O perfil de distribuição de velocidades do escoamento uniforme na seção reta de canais naturais apresenta simetria axial, com a máxima velocidade ocorrendo no centro geométrico da referida seção.



O perfil de distribuição de velocidades em escoamento uniforme na seção reta de canais naturais não apresenta simetria axial, como pode ser visto nas figuras a seguir, devido às tensões existentes entre o fluido e a parede do canal, como vimos na aula anterior.

Figura: Distribuição de velocidade em seções típicas nos canais (Chow, 1973) Assim, a assertiva deve ser considerada falsa. Resposta: E 47 – (MP/2010) No dimensionamento de canais, a escolha de seção hidraulicamente mais eficiente resulta em seção mais econômica para o projeto. No dimensionamento de canais deve-se considerar, além da eficiência da seção hidráulica, aspectos construtivos. Assim, na prática a que se realizar uma análise de custos X benefícios entre esses fatores, o que geralmente leva a uma seção diferente da hidraulicamente mais eficiente. Resposta: E



48 – (MP/2010) Em canais, a velocidade de escoamento é diretamente proporcional à raiz quadrada da declividade. Lembrando da equação de velocidade para escoamentos uniformes, temos qua a assertiva está correta.

21

321IR

nV h ⋅⋅=

Resposta: C 49 – (MP/2010) A determinação da profundidade da bacia de dissipação baseia-se na número de Froude no canal de aproximação para vazão de cheia centenária. Essa questão foi retirada literalmente da página 262 do Manual de Inventário Hidroelétrico de Bacias Hidrográficas, publicado pelo Ministério de Minas e Energia, edição 2007, que traz o seguinte texto: “Na bacia de dissipação, a determinação da profundidade é iterativa e baseada no número de Froude na entrada da bacia, para a vazão de cheia centenária.”. O que faz com que a assertiva esteja errada. Resposta: E Uma questão da maior relevância em obras portuárias é a definição das características (profundidade e largura, entre outras) dos canais de acesso portuários. Em relação aos aspectos que são considerados e à forma de determinação dessas características, julgue o item a seguir. 50 - (TCU/2009) A determinação da profundidade contempla a soma de três parcelas, uma dada por fatores relacionados ao nível da água, outra que contempla fatores relacionados ao navio, e a terceira, que engloba fatores relacionados ao fundo do canal.

Para responder a esta questão, façamos uma breve revisão sobre canais de acesso a um porto. A ideia desta questão é cobrir o item dragagens, solicitado no



edital. Porém, este é um serviço de maior utilização em obras portuárias, por isso a breve revisão sobre este tipo de obra, sem perder o foco nas dragagens.

Em quase todos os portos do mundo se verifica a necessidade de se proceder a operações de diversos tipos destinadas a assegurar que a navegação se realize em boas condições de segurança, qualquer que seja o estado de tempo e de maré. Em alguns portos despendem-se elevadas verbas nessas operações. Para tal situação, têm contribuído o aumento progressivo do calado (profundidade) dos navios e a construção de obras de abrigo. Estas últimas por reduzirem a agitação das águas e, conseqüentemente, favorecerem o assoreamento (deposição de sedimentos no fundo). Na figura a seguir, temos o esquema de uma embarcação, bem como os principais termos técnicos associados. Vejamos um interessante exemplo de um navio de grande porte na figura seguinte. Trata-se do “Emma Maersk”, um navio tipo “post Panamax” (“super size”, ou “tamanho super”), com capacidade para 14.500 TEUs (1 TEU = 1 contêiner de 20 pés, ou seja, o TEU é a unidade de medida de capacidade de transporte de navios). O navio opera com uma tripulação de 13 pessoas e realiza uma viagem de 66 km com um consumo energético de 1kW/h pork tonelada de carga. A título comparativo, temos que um avião de grande porte realiza apenas 0,5 km utilizando a mesma quantidade de energia para a mesma carga (fonte: www.portogente.com: “Emma Maersk é o maior porta-contêineres do mundo”, setembro/2006).



Figura – Variáveis de uma embarcação importantes para o projeto do canal de acesso.

Figura – Navio Emma Maersk Como principais fatores balizadores das dimensões dos canais e das bacias portuárias temos: • As tolerâncias servem para compensar as imprecisões dos processos de conformação geométrica do leito (dragagem), e para manter um nível adequado de segurança de navegação;



• Tolerâncias de profundidade (ex:. squat, trim, maré, calado estático etc.); • Tolerâncias de largura (ex:. manobrabilidade em meio líquido, ventos transversais, periculosidade da carga etc.); • Tolerâncias de diâmetro / bacias (ex: dimensão da nau, velocidade etc.); • Necessário prever o auxílio de rebocadores para manobras. As operações e processos utilizados na manutenção e melhoria de condições de acesso aos portos podem ser classificadas em: (1) “correntes de varrer”; (2) dragagem; (3) derrocamento; e (4) operações de salvamento e de remoção de destroços de navios e de obras. As “correntes de varrer” constituíram durante muitos anos o único processo a que se recorria nos portos estabelecidos em mares, com marés, para assegurar as profundidades necessárias à navegação. Para conseguir as “correntes de varrer” utilizavam-se braços mortos de rios ou construíam-se reservatórios. Na enchente permitia-se a entrada da água até se atingir a cota da preamar, fechavam-se em seguida as comportas, as quais só voltavam a abrir na baixamar. As “correntes artificiais” assim conseguidas eram em geral suficientes para assegurar a manutenção dos canais pouco profundos exigidos, antigamente, pela navegação. Para assegurar nas entradas dos portos as profundidades demandadas pelos grandes navios utilizados hoje em dia seria necessário movimentar enormes volumes de água. Tais volumes implicariam a construção de reservatórios e de comportas enormes. O perigo de descalçamento dos muros-cais provocados pelas correntes e a necessidade de se interromper a navegação durante sua passagem são outros inconvenientes graves que também têm levado ao abandono das correntes de varrer. Tal abandono deve-se, ainda, ao progresso verificado no equipamento de execução de dragagens, progresso este que permitiu elevar consideravelmente, ao longo do tempo, o rendimento dos equipamentos e baixar os custos de dragagem. Porém, o método das correntes de varrer ainda é bastante usado quando as condições naturais locais dispensam a construção de reservatórios.



Designa-se genericamente por “dragagem” a remoção de materiais de fundos submersos mediante o emprego de equipamento flutuante (na grande maioria dos casos). A “dragagem” também pode ser entendida como o ramo da engenharia que executa os serviços de aprofundamento de canal de acesso aos portos, consiste na remoção de material de fundo, possibilitando o acesso de navios aos portos. Esse material pode ser aproveitado para aterros. Podendo ser areia, argila ou silte. Podemos classificar as dragagens, em função dos seus objetivos principais, em: (1) Dragagem de Aprofundamento – para aumentar a profundidade, a largura, ou ambos, nos canais e bacias no acesso aos portos; (2) Dragagem de Manutenção – para manter as características geométricas (largura, profundidade) dos canais e bacias no acesso aos portos, nos níveis definidos no projeto de aprofundamento (se executado) ou por determinação da autoridade portuária. (3) Dragagem Ambiental – termo genérico para conceituar a dragagem para a retirada de sedimentos contaminados. Cuidados especiais: confinamento da área de dragagem (telas, etc.); baixa velocidade de dragagem (evitar suspensão e dispersão); proibição de “overflow” (transbordamento). A legislação ambiental atua principalmente sobre os materiais contaminados (Res. 344/CONAMA) e, dessa forma, temos as seguintes observações a respeito: • O material dragado não pode ser bem mineral; • O local de despejo deve ser escolhido de forma a não prejudicar a segurança da navegação, não causar danos ao meio ambiente e à saude humana; • Área de Disposição Confinada, ou CDF (“Confined Disposal Facility”), consiste no depósito do material contaminado em cavas confinadas e seladas, para assegurar seu isolamento do meio ambiente (subaquático; semi-submerso; em terra firme). Os projetos de dragagem trazem tolerâncias para o formato final da seção dragada, de modo que temos as principais tolerâncias classificadas como:



(1) Tolerâncias Laterais: • Fatores relativos ao navio (manobrabilidade; periculosidade da carga, etc.); • Fatores relativos ao traçado geométrico do acesso (velocidade permitida, profundidade da via navegável, características do material do leito etc.); • Fatores climáticos (ventos transversais); • Fatores hidrológicos (correntes transversais e longitudinais, altura significativa e comprimento de onda etc.); • Fatores operacionais do porto (intensidade de tráfego; tolerância de segurança para canais com via de mão dupla etc.); (2) Tolerâncias de Profundidade: • Fatores hidrológicos (mudanças de marés durante trânsito); • Fatores climáticos (condições metereológicas desfavoráveis); • Fatores relacionados ao navio (calado; “Squat”; folga líquida sob a quilha / pé-de-piloto; efeito de onda etc.); • Fatores relativos ao traçado geométrico do acesso / leito (incertezas do leito – sedimentação e sondagem; imperfeições inerentes aos processos de dragagem etc.) Obs.: “Squat” é um movimento composto por um afundamento lateral e um afundamento de popa (“trim”); é decorrente do efeito das ondas sobre o casco da embarcação.

Figura – Tolerâncias de projeto de dragagem (projeto básico do Porto de Rio Grande – INPH/SEP-PR, 2008)



Figura – Leitura de ecobatímetro em levantamento prévio à dragagem, onde o contorno geométrico é o marco contratual (perfil requerido no projeto de dragagem) A evolução dos equipamentos permitiu o alargamento do campo de aplicação das dragas. Hoje se realizam operações de dragagem não apenas com o objetivo de aprofundar ou conservar os acessos aos portos e as condições de flutuação no seu interior, mas também com outros objetivos, tais como: (i) execução de fundações de obras marítimas; (ii) obtenção de materiais para aterro, em geral associada como o aprofundamento de zonas navegáveis; (iii) construção de barragens de terra; (iv) criação de novas praias ou alargamento das existentes; (v) obtenção de materiais de construção, notadamente areia, cascalho e argila; (vi) extração de minerais submersos. As dragas podem proceder à remoção dos materiais submersos provocando o seu arrastamento por forte corrente de água ou por meios mecânicos. No primeiro caso, as dragas são chamadas de sucção e, no segundo, são designadas pelo tipo da colher ou do balde utilizado. As dragas de sucção, graças a potentes bombas centrífugas de que são munidas, aspiram materiais submersos misturados com água. As dragas de sucção classificam-se em dragas de sucção marítimas e dragas de sucção estacionárias.



As primeiras, sempre providas de meios de propulsão e de porão para dragados, são verdadeiros navios capazes de trabalhar em lugares expostos. As segundas, normalmente desprovidas de meios de propulsão e de porão, destinam-se a serem utilizadas em lugares abrigados, no enchimento de batelões ou na propulsão dos produtos dragados através de tubulações (neste último caso também são chamadas de sucção e recalque). A dragagem de areia com dragas de sucção efetua-se geralmente com a draga “ancorada”, e por meio da abertura de poços regularmente espaçados. A agitação as águas acaba sempre por nivelar os fundos assim dragados, conseguindo-se ótimos rendimentos. A dragagem de lodos com dragas de sucção efetua-se com a draga “em marcha”, abrindo sulcos segundo alinhamentos retos e paralelos. Para a dragagem em marcha utilizam-se cabeças especiais, as quais permitem a acumulação dentro delas de material a dragar. A capacidade do porão deste tipo de draga deve ser adequado às condições locais. Com o objetivo de melhorar o rendimento e de permitir a utilização de dragas de sucção estacionária em terrenos que não se desagreguem facilmente, recorre-se ao emprego de cabeças especiais nos tubos de aspiração. Estas cabeças, designadas de “desagregadoras”, são munidas de jatos de água sob pressão, ou de lâminas rotativas. Os desagregadores, quando muito pesados, limitam a mobilidade das dragas e impedem-nas de trabalhar em águas agitadas. No entanto, permitem ampliar consideravelmente o rendimento e o campo de aplicação deste tipo de draga. Só convém transportar os dragados em porões próprios ou em batelões quando eles sedimentam rapidamente. Enviando os produtos dragados por tubulações para lugares onde possam decantar, evitam-se os inconvenientes resultantes da sedimentação lenta.



Figura – Draga tipo “Hooper” (autotransportada)

Figura – Draga tipo “sucção e recalque” As dragas que utilizam meios mecânicos podem dispor de numerosos baldes, em rosário, ou a penas de um único balde ou colher. Se a draga tiver um único balde,



este será manobrado suspenso por cabos, cabos esses que permitirão levantá-lo e baixá-lo, e, também, comandarão a sua abertura e fechamento. Se a draga dispuser de uma colher ligada a um braço, esta será manobrada da mesma forma que as colheres das escavadoras terrestres. Algumas dragas encontram-se equipadas de modo a utilizar mais do que um processo de dragagem, o que lhes permite adaptarem-se a variadas condições de trabalho. As dragas de balde são designadas em inglês por “ladder bucket dreddgers”, em francês por “dragues à godets” e em espanhol por “dragas de rosário”. O seu elemento principal é uma série de baldes dispostos como os alcatruzes de uma nora. Elas permitem não só a dragagem de lodos e areias, mas também a de argilas, mesmo quando compactas, e até a dragagem de grandes seixos e rocha quebrada. As dragas de baldes devem ser apenas utilizadas em águas calmas, pois de outra forma a lança que suporta os baldes pode ser danificada.

Figura – Draga tipo “Alcatruzes” Os baldes tipo Priestman, também são designados em inglês por “grabs” e por “clamshells”, podem ser de variadíssimos tipos. Os franceses chamam esses baldes por “bonne preneuses”. São constituídos por duas ou mais mandíbulas trabalhando suspensas por cabos que servem também para comandar a sua abertura e fechamento. O próprio peso do balde provoca seu enterramento, quando aberto, no material a dragar.



Só convém utilizar este tipo de equipamento em dragagens de reduzido volume, por virtude de ser baixo o seu rendimento. A principal vantagem das colheres tipo Priestman reside na sua grande adaptabilidade às mais diversas condições de trabalho. Como o balde não tem qualquer ligação rígida com a embarcação da qual é suspenso, não são de recear avarias no caso de agitação das águas, tal como sucede nos tipos anteriormente descritos.

Figura – Draga tipo “Clamshell” As chamadas dragas de colher são verdadeiras escavadores de colher, em tudo iguais às terrestres, mas montadas sobre batelões. Empregam-se em particular na remoção de fundos muito duros, onde não seja possível a utilização de dragas de baldes ou onde estas dêem pouco rendimento. Só podem ser utilizadas em lugares de águas muito calmas. São designadas em inglês por “dipper dredgers”, e em francês por “dragues à cuiller”.



Figura – Draga tipo “Dipper” Muitas dessas dragas são munidas de duas estacas aos lados da colher e que se podem fazer descer. Tais estacas destinam-se a permitir que a draga avance rodando ora em torno de uma, ora de outra estaca. Em geral, junto à popa a draga é também munida de uma terceira estaca mais esbelta. A medição dos volumes dragados para efeito de pagamento é um problema a ser enfrentado. No caso de a medição ser feita em batelão, não só o próprio inchamento (cerca de 1,3 a 1,4, no caso do lodo), mas também a quantidade de água presente dentro do batelão podem falsear as medições. No caso das medições serem feitas em perfis dos lugares dragados, verifica-se que estes, por vezes, sofrem alterações rápidas, não só em conseqüência de assoreamento, mas também de escorregamentos. A medição no local de descarga, apesar de apresentar os mesmos inconvenientes, também é utilizada. A medição dentro do batelão só não apresenta dificuldade quando o material dragado é areia. A quantidade de lodo sólido transportado dentro de um batelão pode ser avaliada determinando-se a percentagem de lodo, em amostras colhidas dentro do batelão, na mistura com água. As quantidades totais dragadas podem ser avaliadas a partir da diferença de emersão dos batelões vazios e carregados. O processo de avaliação dos volumes pelo levantamento de perfis, muito embora seja considerado por algumas administrações como inadequado, por não permitir



avaliar a quantidade de trabalho efetivamente realizado, é o preferido por outras, partidárias de apenas pagar o trabalho útil em que, de fato, estão interessadas. Em alguns casos, os cadernos de encargo podem estipular que apenas sejam feitos os pagamentos de acordo com os perfis teóricos, isso com o objetivo de levar os empreiteiros a dragar apenas esses perfis. As medições no local de descarga só não apresentam dificuldade quando o material dragado for areia. Mesmo nesse caso, será necessário avaliar o assentamento do terreno subjacente. Os próprios dragados também assentam com o tempo, o que pode dar ocasião a que difiram os resultados de medições realizadas em épocas diferentes. Nos casos de dragagem por sucção, recorre-se ao expediente de determinar, por meio de colheitas de amostras, o caudal sólido (vazão sólida) e de avaliar o volume dragado, multiplicando esse caudal pelo tempo de funcionamento da draga. Esse processo dá resultados pouco precisos, mas como é de fácil e cômoda aplicação, é muito utilizado. Ao estipularem-se as condições de execução de uma dragagem, convém escolher uma forma de medição tão simples e precisa quanto possível, bem adaptada às condições locais, a qual não implique para o empreiteiro riscos demasiados. Os riscos embutidos em um determinado critério de medição têm como conseqüência a oferta de preços mais elevados para os trabalhos de dragagem. Em resumo, com relação à medição de dragagens, temos as seguintes situações em relação à medição dos quantitativos de serviços executados. (1) Medição no CORTE: • No local da execução da dragagem (leito); utilização de aparelhos especiais (batímetro); • Características: imprecisões do assoreamento natural e do próprio processo de dragagem; retorno de dragados; empolamento de fundo; • Mede-se o volume do “vazio”, não do material dragado (medição indireta). (2) Medição no DESPEJO: • Valores geralmente menores do que no corte – perdas de material em suspensão nas correntes; compactação diferente da natural (“aterro hidráulico”); recalque de leito (pelo peso do material dragado sobre o solo).



(3) Medição na CISTERNA: • forma mais direta (primeiro local onde o material dragado é acondicionado) • cisterna / batelões; vazões (sucção e recalque). • material decantado A figura a seguir apresenta um resumo sobre a adequabilidade do tipo de draga aos materiais a serem dragados:

Figura – Escolha do tipo de draga de acordo com o material a ser dragado. No tocante à regulamentação das dragagens, chamamos atenção para a Lei 11.610/2007 a qual “Institui o Programa Nacional de Dragagem Portuária e

Hidroviária”. Nessa Lei, temos os seguintes pontos de destaque: (1) dragagem por resultados: “Art. 2o A dragagem por resultado compreende a contratação de obras de

engenharia destinadas ao aprofundamento, alargamento ou expansão de áreas

portuárias e de hidrovias, inclusive canais de navegação, bacias de evolução e de

fundeio, e berços de atracação, bem como os serviços de natureza contínua com

o objetivo de manter, pelo prazo fixado no edital, as condições de profundidade

estabelecidas no projeto implantado.

§ 1o Na hipótese de ampliação ou implantação da área portuária de que trata o

caput deste artigo, é obrigatória a contratação conjunta dos serviços de



dragagem de manutenção, a serem posteriormente prestados.”

(2) dragagem deixou de ser atividade de apoio portuário (Portaria nº 461/1999-Min. Transportes) para se enquadrar no conceito de obra / serviço de Engenharia. Sujeita-se, agora, tão somente às normas específicas de segurança da navegação estabelecidas pela autoridade marítima. Desvincula-se do alcance à Lei 9432-97 (art. 9º, I) = facilita licitação por Concorrência Internacional. (3) definições de alguns termos técnicos importantes para os serviços de dragagem; (4) garantia contratual obrigatória (diferentemente da Lei 8.666/93). Além da dragagem, temos outro serviço de ampliação dos canais de acesso a um porto. Trata-se do “derrocamento”, que é o quebramento de rochas submersas, o que pode ser feito de diversas formas: (1) colocação de cargas explosivas diretamente sobre a rocha. Este processo presta-se ao quebramento de rochas salientes mas não ao aprofundamento de um fundo rochoso; (2) utilização de quebradores de rocha ou corta-rochas, de funcionamento muito semelhante ao de bate-estacas, e cujos pilões podem pesar de 5 a 30 toneladas. Prestam-se ao quebramento de rocha de dureza média, em particular quando estratificada horizontalmente; (3) colocação de explosivos dentro de furos abertos com martelos manobrados por mergulhadores ou de bordo de pontões especiais. É o processo mais utilizado. Os pontões são munidos de pernas sobre as quais se podem elevar, deixando, dessa forma, de acompanhar os movimentos da água. Por vezes, a furação também se faz de dentro de câmaras de ar comprimido. Por fim, devemos também mencionar as operações de salvamento e remoção de destroços de navios, as quais sucedem quando se verificam naufrágios em lugares onde a presença de casco de um navio constitui um grave estorvo para a navegação. Em tais casos começa-se por escolher entre desmantelar o casco ou tentar pô-lo de novo a flutuar.



Para por de novo a flutuar um navio naufragado inicia-se por retirar-lhe a carga, tampar os rombos e, em seguida, esgotar a água do seu interior. Para o salvamento de navios de pequeno-deslocamento utilizam-se flutuadores, de forma geralmente cilíndrica, os quais, pelo enchimento parcial com água, se fazem descer para junto do casco do navio. Por cabos ou correntes ligam-se os flutuadores ao casco. Esgotando-se a água de dentro dos flutuadores, por meio de ar comprimido, estes trazem consigo para a superfície o casco do navio naufragado. Para destruir cascos que se tenha desistido de por a flutuar, começa-se, em geral, por os cortar em traços suscetíveis de serem suspensos por cábreas. Os trabalhos de salvamento e de desmantelação são também, por vezes, realizados ao abrigo de ensecadeiras construídas especialmente para este fim. No acesso ao Porto, além do canal de acesso propriamente dito, temos as “bacias de evolução”, as quais são áreas próximas aos Portos, onde os navios manobram para facilitar a atracação ou desatracação. É importante também destacar a importância do sistema de segurança resultante das sinalizações fluviais. As placas e bóias de sinalização fluvial são representadas em duas cores diferentes. -Verde, a margem direita do rio. -Vermelha, a margem esquerda. Função de sinal no canal navegável: - Bóia cega (listada de verde) – boreste de quem desce, bombordo para quem sobe. - Bóia cega (listada de vermelho) – bombordo de quem desce, boreste de quem sobe. - Bóia cega (listada de vermelho, com base vermelha e lista preta) – pedra no meio do canal. Todas estas servem para a segurança das embarcações. Voltando à questão, o autor Paolo Alfredini divide esses aspectos em 3 grandes grupos em fatores relacionados: (i) ao nível d’ água (maré e condições meteorológicas); (ii) ao navio (calado, squat, folga líquida sob a quilha etc.); e



(iii) ao fundo (incertezas do leito – sedimentação e sondagem; imperfeições inerentes aos processos de dragagem etc.). Assim, assertiva está correta. Resposta: C QUESTÕES RESOLVIDAS NA AULA 01 - (CGU/2008) As barragens de terra geralmente apresentam custos reduzidos quando comparados às barragens de concreto. São executadas com solos de granulometria fina a grossa, permeabilidade baixa, cujo comportamento é condicionado principalmente pelas poropressões. Quanto a este tipo de barragem, pode-se afirmar que: a) os esforços transmitidos às fundações são elevados. b) as homogêneas são feitas com solos pouco permeáveis e possuem taludes mais íngremes. c) as zoneadas possuem uma zona central impermeável e duas zonas externas, os espaldares, mais permeáveis e mais resistentes aos deslizamentos. d) o galgamento, causa freqüente de problemas, exige que as obras sejam projetadas com uma base mais alargada a fim de evitar esta vulnerabilidade. e) nas barragens ou fundações constituídas de solos finos e muito coesivos é comum o processo de erosão interna, também conhecido como piping. 02 - (CGU/2008) As barragens são obras hidráulicas destinadas a efetuar o represamento de um curso d’água. A escolha e definição do tipo de barragem dependerão de vários aspectos condicionantes, classificando-se em dois tipos principais: de concreto e de aterro. Entre as barragens de concreto podem ser distinguidos quatro tipos básicos. A opção que não representa um tipo de barragem de concreto é: a) barragem de enrocamento. b) barragem em arco. c) barragem de contrafortes. d) barragem de gravidade. e) barragem de gravidade aliviada.



03 - (CGU/2008) A construção de barragens pressupõe o controle de cursos d’água, que por sua vez apresentam variações significativas de vazões. Dessa forma, é necessária a instalação de estruturas que permitam a passagem das águas excedentes para jusante. Essas estruturas são denominadas de extravasores, sangradouros, vertedores ou vertedouros. Com relação a essas estruturas é incorreto afirmar que: a) o vertedor tipo sifão permite operação com nível d’água aproximadamente constante dentro da faixa de variação do projeto, devendo-se atentar para os desníveis de forma a não ocasionar cavitação. b) o vertedor de serviço destina-se a descarregar apenas as grandes cheias, funcionando como sangradouro auxiliar e prevenindo o sangramento da barragem. c) o vertedor tipo tulipa opera ora com controle de montante, ora com controle de jusante, de acordo com a vazão afluente e com as condições de descarga. d) nos vertedores com comportas, as soleiras se situam abaixo do nível normal das águas, possibilitando maior vazão específica pelo aproveitamento da carga hidráulica. e) nos vertedores com níveis muito elevados, torna-se necessário prever a construção de estruturas dissipadoras de energia, destinadas a compatibilizar a velocidade do escoamento com as características de resistência do meio físico a jusante. 04 - (TCU/2009) Os vertedouros são aberturas de contorno aberto interpostos em um conduto livre sobre os quais o líquido escoa; e podem ser considerados como orifícios, sem a parte superior. 05 - (TCU/2009) A estrutura de controle regula as vazões que saem do reservatório e impede o extravasamento quando o reservatório atinge níveis mais elevados. Essa estrutura deve ser dimensionada de forma que as relações entre carga e vazão sejam fixas. 06 - (TCU/2007) Os extravasores, também identificados por vertedores ou vertedouros, são dispositivos de segurança responsáveis pela garantia da integridade de uma barragem; devem ser projetados e dimensionados com base em estudos hidrológicos e os seus resultados podem ser confirmados por meio de estudos em modelo reduzido.



07 - (TCE-ES/2004) A vazão de água através de um vertedor retangular depende somente do comprimento da sua soleira e da velocidade de chegada da água na sua entrada.

(TCU/2009) No projeto de uma barragem, o elemento que permite a passagem da água a jusante é identificado como extravasor, compreendido como o conjunto composto de cinco estruturas básicas: o canal de aproximação; a estrutura de controle; a estrutura de condução; a estrutura de dissipação; e o canal de restituição. Em relação a esses componentes, julgue os itens a seguir:

08 - (TCU/2009) O canal de aproximação deve ser construído de forma a conduzir a água desde o reservatório até a estrutura de controle, com a maior velocidade possível, sem gerar erosão, para aumentar o potencial hidráulico do empreendimento.

09 - (TCU/2007) A captação de água de superfície deve situar-se em um trecho reto do curso da água ou, caso isso não seja possível, em local próximo à sua margem externa.

10 - (MPOG/2008) A construção de um rip-rap (camada de enrocamento) evita que a incidência de chuva na face do talude de jusante provoque sulcos de erosão. 11 - (TCE-PI/2005-FCC-adaptado) Sobre a proteção dos taludes de jusante de uma barragem de terra o plantio de árvores e arbustos, ao longo do talude, deve ser previsto e planejado para facilitar o crescimento da grama.



12 - (TCE-ES/2004) O material indicado pela letra B visa reduzir a vazão de água capaz de atravessar o corpo da barragem.

13 - (TCE-ES/2004) O material da camada indicada pela letra C deve ter coeficiente de permeabilidade menor que o do material da camada indicada pela letra B.

(MPOG/2008) As barragens de terra ou de concreto são construções artificiais e os materiais que as constituem podem ser especificados e, portanto, conhecidos e controlados pelo projetista. O mesmo não ocorre com o terreno de fundação, o qual normalmente deve ser submetido a um tratamento para melhorar suas características de percolação. A respeito das diversas alternativas adotadas nesse tratamento, julgue os seguintes itens.

14 - (MPOG/2008) A trincheira de vedação ou cutoff consiste em escavação feita no solo de fundação preenchida com solo compactado.

15 - (MPOG/2008) Os diafragmas plásticos são uma solução moderna que consiste na escavação de uma vala estreita ou ranhura no solo da fundação preenchida com placas de plástico delgadas.

16 - (MPOG/2008) As cortinas de estacas-prancha consistem na cravação de estacas-pranchas metálicas, de chapas bastante delgadas, até atingir o substrato impermeável.



17 - (MPOG/2008) Poço de alívio é um poço aberto no corpo da barragem e preenchido com material granular, mais permeável que o solo de fundação.

18 - (TCU/2005) Na transposição de um aterro de estrada, um bueiro pode ser corretamente empregado como conduto forçado.

19 - (PF/2004) No dimensionamento de drenos e bueiros em áreas florestais, deve-se calcular a vazão de pico da área de contribuição à montante, levando-se em conta um período de retorno de no mínimo 200 anos.

(PF/2004)A figura acima apresenta a seção transversal de uma barragem de enrocamento com núcleo de argila proposta para a formação de um reservatório. Com relação às condições apresentadas nessa figura e considerando que as regiões identificadas pelas letras A e B são constituídas de enrocamento, julgue os seguintes itens. 20 - (PF/2004) Na seção transversal apresentada, não foi previsto cut-off.



21 - (PF/2004) O componente indicado pela letra C representa um filtro e sua localização evita qualquer possibilidade de piping do material do núcleo argiloso.

22 - (PF/2004) O componente E representa uma cortina de injeção e está convenientemente posicionado de forma a reduzir substancialmente a vazão de água através do solo de fundação.

23 - (CODEBA/2006) As barragens de enrocamento, comuns na construção de açudes, são do tipo arco.

24 - (MPOG/2008)O efeito erosivo das ondas formadas na superfície da água do reservatório sobre o talude de montante pode ser combatido com o lançamento de uma camada de pedrisco ou com o plantio de grama em placas ou por meio de hidrossemeadura na superfície do referido talude.

25 - (PMV/2008) Quanto aos tipos de barragens e suas características, julgue os itens subseqüentes. (PMV/2008) As barragens de terra homogênea toleram fundações mais deformáveis.

(COHAB/2004) A respeito da figura acima, que mostra o desenho da seção transversal de uma barragem, julgue os seguintes itens. 26 - (COHAB/2004) O trecho indicado pelas letras ABCD é denominado ensecadeira.



27 - (COHAB/2004) O número 1 indica o componente destinado a diminuir a infiltração de água do reservatório pelo corpo da barragem. 28 - (COHAB/2004) O talude jusante da barragem está indicado no desenho pelo número 2. 29 - (COHAB/2004) O componente destinado a drenar a água que percola pelo corpo da barragem está especificado no desenho pelo número 3. 30 - (COHAB/2004) A seção transversal apresentada na figura é típica de uma barragem zonada.

(CHESF/2002)Considerando a seção transversal de uma barragem construída sobre solo predominantemente siltoso e o esquema da figura acima, julgue os itens que se seguem.

31 - (CHESF/2002) Para as condições apresentadas na figura, a segurança da barragem contra problemas advindos do fluxo d’água pelo solo de fundação estará sempre garantida caso o seu núcleo argiloso penetre na camada de fundação até a metade da sua espessura. 32 - (CHESF/2002) A diferença de valores de rigidez dos materiais utilizados na barragem pode provocar o trincamento do núcleo argiloso.



33 - (TJDFT/2008) Uma das formas de ruptura hidráulica é a erosão interna, com progressão contrária ao fluxo de água, denominada retroerosão tubular ou piping.

34 - (TJDFT/2008) Em barragens construídas sobre terrenos de fundação permeáveis, é possível a ocorrência de ruptura hidráulica por levantamento.

35 - (FSCP/2004) A crista, ou soleira, é a denominação dada à borda inferior de um vertedor.

(TCU/2007) Os principais órgãos constituintes de uma barragem são o maciço, o extravasor, a usina hidrelétrica, a tomada d’água, a transposição de nível (eclusa e escada de peixes), o dissipador de energia, entre outros. Em relação a esses componentes, julgue os itens subseqüentes. 36 - (TCU/2007) Se o local onde se pretende construir uma barragem é caracterizado por solo e subsolo que apresentam baixa capacidade de suporte, é recomendável a construção de barragens de contraforte devido ao menor peso destas. 37 - (DESO-SE/2004) A vazão que escoa por um conduto, em que o fluido (água) está sob pressão, pode ser medida por meio de vertedores.

38 - (IEMA-ES/2004) A vazão máxima é um valor associado a um risco de ser igualado ou ultrapassado. Esse dado é importante no dimensionamento de obras hidráulicas como vertedouros e canais de adução.



39 - (PF/2004) Vertedores são dispositivos utilizados para medir vazão em escoamento por um canal, sendo que a carga sobre a soleira medida a jusante do dispositivo permite determinar a vazão.

40 - (DESO/2003) Ao se provocar o alisamento das paredes e do fundo de um canal ou de um rio, mantendo-se constantes as demais variáveis, poderá escoar maior vazão por esse rio ou canal. 41 - (CGU/2008) Os canais são estruturas hidráulicas que têm por objetivos básicos a condução das águas, seja para abastecimento, irrigação, drenagem, etc., ou ainda, possibilitar ou favorecer a navegação, na implantação de hidrovias, de forma a assegurar profundidades necessárias para a circulação de embarcações. Qualquer que seja o objetivo, no entanto, seu dimensionamento obedece aos mesmos critérios. Sabendo-se que um canal revestido de concreto (K=80 m1/3/s) será construído para atender a uma vazão de 3600 l/s, escolha a seção transversal que garanta a velocidade máxima de escoamento permitida de 6 m/s.

A)

B)

C)



D)

E) 42 - (PETROBRÁS/2008) Em um dado ponto de um conduto forçado de água, a diferença entre a linha de carga total e a linha piezométrica resulta no valor da pressão do líquido. 43 - (TCU/2011) Vertedores do tipo tulipa são vertedores do excesso de escoamento que aflui ao reservatório e caracterizam-se por apresentarem soleira em perfil normal e se posicionarem em uma das ombreiras da barragem. 44 - (TCU/2011) Estruturas de dissipação de energia, quando posicionadas a montante de vertedores de excesso de escoamento afluente ao reservatório, promovem a transformação da energia cinética em energia de posição, com perda de energia. 45 – (MP/2010) o raio hidráulico de um canal indica a sua eficiência hidráulica. Ou seja, quanto maior o raio hidráulico de um canal, maior a vazão transportada por esse canal para uma determinada área da seção transversal, em uma dada declividade. 46 – (MP/2010) O perfil de distribuição de velocidades do escoamento uniforme na seção reta de canais naturais apresenta simetria axial, com a máxima velocidade ocorrendo no centro geométrico da referida seção.



47 – (MP/2010) No dimensionamento de canais, a escolha de seção hidraulicamente mais eficiente resulta em seção mais econômica para o projeto. 48 – (MP/2010) Em canais, a velocidade de escoamento é diretamente proporcional à raiz quadrada da declividade. 49 – (MP/2010) A determinação da profundidade da bacia de dissipação baseia-se na número de Froude no canal de aproximação para vazão de cheia centenária. Uma questão da maior relevância em obras portuárias é a definição das características (profundidade e largura, entre outras) dos canais de acesso portuários. Em relação aos aspectos que são considerados e à forma de determinação dessas características, julgue o item a seguir. 50 - (TCU/2009) A determinação da profundidade contempla a soma de três parcelas, uma dada por fatores relacionados ao nível da água, outra que contempla fatores relacionados ao navio, e a terceira, que engloba fatores relacionados ao fundo do canal. GABARITO 01 - C 02 - A 03 - B 04 - C 05 - E 06 - C 07 - E 08 - E 09 - C 10 - E 11 - E 12 - C 13 - E 14 - C



15 - E 16 - C 17 - E 18 - C 19 - E 20 - C 21 - E 22 - E 23 - E 24 - E 25 - C 26 - E 27 - E 28 - E 29 - E 30 - C 31 - E 32 - C 33 - C 34 - C 35 - C 36 - E 37 - E 38 - C 39 - E 40 - C 41 - D 42 - E 43 - E 44 - E 45 - C 46 - E 47 - E 48 - C 49 - E 50 - C



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aula 02 - auditoria de obras de edificações em exercícios

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