BARRAGENS DE TERRA

Estudos Básicos Necessários ao Projeto de uma Barragem 1 - Topográficos 2 - Hidrológicos 3 - Climáticos 4 - Geológicos 5 - Geotécnicos 6 - Sócio – Econômicos 7 – Ecológicos 8 - Agrológicos

Estes estudos são iniciados de forma muito sumária e vão sendo

aprofundados e detalhados ao longo das diversas etapas que

normalmente compõem o projeto da barragem.

a) Planejamento

b) Viabilidade técnico-econômica

c) Anteprojeto

d) Projeto Básico

e) Projeto Executivo

1 - ESTUDOS TOPOGRÁFICOS a) Objetivo:

- Locação do eixo barrável, boqueirão e interpretação de curvas

de nível.

- Determinação das bacias hidrográfica e hidráulica (áreas).

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Área da bacia hidrográfica, A Pré-dimensionamento de barragens:

- Vazão Regularizável:

Q90 = f1 x QAfl

f1 ≅ 0,35

- Vazão Afluente Média:

QAfl = CR x H x A

CR ≅ 0,10

Daí:

A = (Q90 / f1) / (CR x H)

H ≅ 0,850 m/ano

- Vazão demandada (Agenda BNB)

Irrigação:

- banana 20.000 m3/ano/ha

- feijão 5.000 m3/ano/ha

- milho 6.000 m3/ano/há

Uso humano:

- alto 350 l/hab/dia

- médio 200 l/hab/dia

- baixo 100 l/hab/dia

- muito baixo (reprimido) 13 l/hab/dia

Bacia hidráulica Curva cota – área – volume

Vol ≅ α . ∆h³

∆Vol0 ≅ A . ∆h/3

∆Voli ≅ (Ai + Ai +1) / ∆h

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Volj ≅ Σ∆ Voli (i = 0 ... j)

Pré-dimensionamento de barragens:

Vol = fK x QAfl

fK varia de 0,50 a 2,0

- Se fK for muito pequeno, haverá muita sangria e pouco

aproveitamento.

- Se fK for muito grande, haverá pouca sangria e riscos à

qualidade da água.

Daí o Pré-dimensionamento fica:

Q90 QAfl ABACIA cota – volume Vol ∆h

b) Generalidades:

Topografia: determina o contorno, dimensão e posição relativa

de uma porção limitada da superfície terrestre, sem levar em conta a

curvatura resultante da esfericidade terrestre.

Projeção ortogonal cotada de todos os detalhes da configuração

do solo.

Topometria: conjunto de métodos empregados para colher dados

necessários ao traçado da planta.

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Planimetria: representação em projeção horizontal dos detalhes

existentes na superfície. Emprego de Teodolitos, Estação Total.

Altimetria: determinação das cotas ou distâncias verticais de um

certo número de pontos referidos ao plano horizontal de projeção ou

referência de nível.

Fotogrametria: determinação do relevo do terreno,

principalmente de grandes extensões, através de máquinas

fotográficas. Aerofotogrametria = fotografia aérea. Estereoscópio -

escala 1:20.000. Satélites.

Coordenadas Geográficas: são a latitude, a longitude e a altitude

que caracterizam bem a posição de um ponto na superfície terrestre.

Medidas sobre a carta: métodos mecânicos:

- Curvímetros - instrumento empregado para a medida de

distâncias gráficas.

- Planímetros - instrumento que serve para medir as

áreas das figuras irregulares traçadas no desenho.

- Programas de computador.

c) Fatores topográficos que influenciam no projeto de barragens:

c.1) Declividades das ombreiras:

- Muito suaves e regulares: sem problemas

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- Íngremes e irregulares: problemas de ocorrência de

recalques diferenciais do maciço compactado causando

riscos potenciais de fissuramento do corpo.

Providência: sobredimensionamento dos drenos para interceptar

qualquer fluxo d'água ao longo das fissuras, sem sobrecarga.

c.2) Distância e relevo das jazidas de materiais de construção e

seus acessos:

Fator econômico determinante do tipo de barragem.

c.3) Geometria longitudinal das encostas:

c.3.1) no sentido paralelo ao rio: - Vales alongados: permitem qualquer tipo de seção

transversal de barragem.

- Vales curtos: limitam a escolha à barragem de terra e

enrocamento com núcleo argiloso ou com face de

concreto.

c.3.2) no sentido transversal ao rio:

- Vales estreitos: propiciam a construção de barragens

arqueadas de eixo curvo, aproveitando a contribuição

das pressões hidrostáticas transmitidas pelo reservatório

para manter sempre tensões de compressão ao longo

da seção longitudinal da barragem, fechando eventuais

trincas devido aos recalques diferenciais.

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- Vales largos: o eixo deverá ser reto ou alinhado ao

longo do traçado de menor volume.

c.4) Depressões no fundo rochoso do rio: influencia na posição

do eixo do maciço principal e da ensecadeiras.

d) Mapeamento geral:

É a primeira avaliação das características da bacia

hidrográfica, locações, explorações, situações dos empréstimos,

pedreiras, rede viária e elétrica.

Disponibilidade de mapas:

- Órgãos Federais - IBGE - SUDENE

- Órgãos Estaduais e Municipais

- Fotografias Aéreas (esterescópio)

- Fotografias de Satélites

Levantamentos complementares: apoio terrestre (teodolito)

No caso de não existirem mapas topográficos disponíveis,

podem ser utilizados mapas de reconhecimento aproximados,

definidos por um mínimo de pontos de controle ou um esboço de

seções transversais.

As plantas devem estar em escalas convenientes e em

coordenadas geográficas e os pontos de referência devem ser

monumentados.

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e) Plantas Topográficas necessárias para o Projeto de Barragens:

TIPO ESCALA USUAL CURVAS DE NÍVEL ______________________________________________________________________________

1- Planta plani-altimétrica da bacia hidrográfica 1 : 20.000 de 5 em 5 metros

2- Planta plani-altimétrica da bacia hidráulica 1 : 5.000 de 1 em 1 metro

3- Planta plani-altimétrica das áreas de empréstimos 1 : 5.000 de 1 em 1 metro

4- Planta plani-altimétrica do local do boqueirão

com nivelamento das seções de 20 em 20 metros 1 : 2.000 de 1 em 1 metro

5- Perfil do Boqueirão 1 : 2.000 ( H ) de 1 em 1 metro

1 : 200 ( V )

6- Perfil do Sangradouro 1 : 2.000 ( H ) de 1 em 1 metro

1 : 200 ( V )

______________________________________________________________________________

Bacia Hidrográfica Bacia Hidráulica

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Perfil do Boqueirão Planta da Barragem

2 - ESTUDOS HIDROLÓGICOS

1) Objetivo: Definição das características hidráulicas da obra.

2) Investigações Hidrológicas:

a) O rendimento hídrico do rio

b) A capacidade do reservatório (evaporação, perdas eventuais,

evapotranspiração, infiltração, etc)

c) A quantidade d'água necessária para as finalidades da obra

d) A taxa anual de deposição de sedimentos no reservatório

e) A intensidade e freqüência das cheias (capacidade do

sangradouro)

f) As condições da água subterrânea (tipo de fundação)

Bacia hidráulica = bacia de acumulação

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Bacia hidrográfica = bacia de contribuição

Bacia hidrogeológica = fornecimento d´água para a bacia através

de infiltração.

3) Fases de um Estudo Hidrológico:

a) Coleta e reconhecimento de dados existentes

b) Verificação dos dados existentes e obtenção de novos dados

c) Estudos metodológicos, estatístico-probabilísticos para a

definição das leis que regem a participação dos fenômenos

hidrológicos no projeto.

4) Métodos Hidrológicos para Dimensionamento das Obras:

- Racional: Leis hidrológicas deduzidas dos dados

disponíveis (Rippl, Aguiar) – modelo determinístico.

- Correlação: Utilização de dados de uma região

semelhante.

- Empírico: Específico do local.

- Modelos Estocásticos: Séries sintéticas (geração),

Simulação do balanço hídrico, Estimativa de vazões

regularizadas, sangradas e evaporadas, Diagrama

triangular de regularização.

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5) Determinação da Capacidade do Reservatório:

Método Racional:

Segundo o Engenheiro Francisco Aguiar (IFOCS):

O rendimento pluvial da bacia, R%, pode ser dado por:

000.55000.230400%

2 +−=

HHR

Para precipitação entre 500 e 1.000 mm/ano (H em mm), ou

32 19,152,313,1285,0% HHHR −+−=

Para H > 1.000 mm /ano (H em m)

E o volume afluente: HUARVA %=

onde:

R% = rendimento, em percentagem

H = altura de chuva, em m

U = coeficiente de correção do rendimento superficial médio que

é função do tipo da bacia

A = área da bacia hidrográfica a partir do barramento (m2)

Assim, a capacidade do reservatório será:

AC VV 2=

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6) Determinação da cheia máxima de projeto:

)120(150.1

KLCLCxAQ+

=

onde:

A = área da bacia hidrográfica, km2

L = linha de fundo, em km, do riacho ou rio

K = coeficiente que leva em conta a ordem dos rios que existem

na bacia (tabela)

C = fator de variação da velocidade média do escoamento

superficial (tabela)

TIPO BACIA HIDROGRÁFICA U K C _______________________________________________________________________________

1 Pequena, íngreme e rochosa 1,3 a 1,4 0,123 0,85

2 Bem acidentada, sem depressões

evaporativas 1,40 0,156 0,95

3 Média 1,00 0,204 1,00

4 Ligeiramente acidentada 0,80 0,278 1,05

5 Ligeiramente acidentada, com depressões

evaporativas 0,70 0,400 1,15

6 Quase plana, terreno argiloso 0,65 0,625 1,30

7 Quase plana, terreno variável ou

ordinário 0,60 1,111 1,45

8 Quase plana, terreno arenoso 0,50 2,500 1,60

_______________________________________________________________________________

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Exemplo: Orós: A = 25.000 km2; H = 860 mm/ano Tipo: 5 L = 280

km.

smxxx

xQ /440.6)4,028015,1120(15,1280

000.25150.1 3=+

=

smQPROJ /200.5 3=

7) Dimensionamento do sangradouro:

000 HHCQL S=

onde:

L = largura do sangradouro (m)

descarga máxima secular (mQS =3/s)

lâmina de sangria (m) H0 =

coeficiente de descarga, função da altura do paramento de

montante e da lâmina de sangria

C0 =

Exercício:

Dados:

- Área da bacia hidrográfica = 50 km2

- Precipitação média anual = 800 mm

- Tipo da bacia: 3 (média) U = 1,0; K = 0,204 e C = 1,00

- Tipo do sangradouro: corte em rocha

- Linha de fundo = 10 km

- Lâmina de sangria = 1,00 m

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Calcular:

1. Rendimento superficial da bacia

2. Volume afluente

3. Volume acumulável

4. Cheia máxima secular

5. Largura do sangradouro

Solução:

1.

000.55000.230400%

2 +−=

HHR

000.55000.230800400800%

2 +−=

xR

10% =R

2. HUARVA %=

000.000.500,180,010,0 xxxVA = 36104 mxVA =

3.

AC VV 2= V 36108 mxC =

Consulta ao diagrama cota x área x volume para determinação da cota

do vertedouro.

4.

)120(150.1

KLCLCAQS+

=

13

)0,110204,0120(0,11050150.1

xxxxQS

+=

smQS /99,148 3=

5.

000 HHCQL S=

corte em rocha, Co = 1,77

00,100,177,199,148

xL =

mmL 00,85.........18,84 ≅=

3 - ESTUDOS CLIMÁTICOS

As condições climáticas influem decisivamente na escolha do

tipo de barragem a ser construída.

Os fatores mais importantes são:

a) Vento - duração, intensidade e direção

b) Umidade do ar - variações

c) Temperatura - máximas, médias e mínimas

d) Pressão - variações

Influência da umidade do ar e dos ventos nas barragens:

Possibilidades de redução, por evaporação, de umidades

excessivas de materiais argilosos de jazidas e conseqüentemente

sobre as pressões neutras construtivas e as declividades dos taludes.

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Influência dos ventos no dimensionamento das barragens:

Provocam ondas na superfície do reservatório que,

conseqüentemente definiram as dimensões da borda livre e a cota da

crista da barragem.

Influência das chuvas:

Nos dias trabalháveis para as máquinas de terraplenagem e

conseqüentemente sobre os prazos construtivos.

Barragens de concreto: As modificações climáticas afetam as

estruturas, portanto, são necessários dispositivos técnicos adequados

para contornar os problemas principalmente de dilatação e contração.

4 - ESTUDOS GEOLÓGICOS

OBJETIVOS:

1) Identificar os conjuntos contínuos e homogêneos, bem como

determinar as suas fronteiras e as propriedades dos materiais

pertencentes aos mesmos.

2) Tentar identificar e caracterizar o melhor possível as

descontinuidades eventuais.

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ÁREAS INFLUENCIADAS:

1) Fundações e ombreiras: os estudos geológicos deverão prosseguir

até profundidades em que as solicitações hidráulicas e geomecânicas

transmitidas pelo reservatório não tenham mais efeito.

2) Jazidas de materiais de construção: os estudos geológicos deverão

fornecer todas as informações necessárias sobre as potencialidades

das áreas adjacentes e próximas do local da barragem. Identificando

todos os materiais disponíveis desde os solos finos argilosos até as

areias e cascalhos naturais e os materiais rochosos,

FASES DOS ESTUDOS GEOLÓGICOS:

1) Coleta de dados, reconhecimento de mapas geológicos e relatórios

técnicos sobre a região, fotografias aéreas, pesquisas geofísicas, etc.

2) Elaboração de cartas geológicas com relatórios técnicos

descrevendo os tipos de rocha e solos, falhas constatadas, os níveis

da água, etc.

3) Sondagens ao longo do eixo da barragem, sangradouro e locais de

empréstimos e pedreiras.

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5 - ESTUDOS GEOTÉCNICOS OBJETIVO:

Os estudos geotécnicos consistem das caracterizações dos

solos e rochas, ou seja, são classificados quanto às propriedades

geomecânicas e hidráulicas.

O meio de obter-se essas características é através de ensaios

de campo e laboratório realizados em amostras dos solos e rochas.

ENSAIOS:

Para os solos: Para as rochas:

Granulometria Resistência às intempéries

Limites físicos de Atterberg Massa específica

Densidade de campo Abrasão, etc.

Umidade

Permeabilidade

Proctor

Resistência à penetração

Adensamento

Cisalhamento

Expansibilidade

Dispersividade, etc

Materiais: Ocorrência, usos de disponibilidade.

Locação da barragem do vertedouro e da tomada d´água.

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6 - ESTUDOS SÓCIO-ECONÔMICOS

Consiste na elaboração de um quadro de fatores sócio -

econômicos que serão influenciados pela construção da barragem.

A análise dos fatores vantajosos e prejudiciais definirão quanto a

viabilidade da obra.

7 - ESTUDOS ECOLÓGICOS

Os estudos de projeto devem limitar ou até eliminar os riscos de

danos temporários ou permanentes ao meio ambiente.

Os principais cuidados são:

1- As jazidas devem ser exploradas sem causar erosão e

transporte de sedimentos para os rios.

2- As modificações introduzidas na paisagem (impactos

ambientais) pela obra (ações) devem ser suavizadas e

cicatrizadas através de tratamentos corretivos (medidas

mitigadoras) que também devem ser compatibilizados com a

segurança e desempenho da barragem.

3- As lamas especiais deveram ser conduzidas de forma a

evitar o despejo de resíduos dentro do rio usando-se tanques

de decantação.

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8 - ESTUDOS AGROLÓGICOS Tipos de culturas que podem ser desenvolvidas na região.

Demanda d´água para o cultivo.

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