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BarragensENG 21202013/2

Prof. Dr. João Luiz ArmelinProf. M.Sc. Ricardo Ferreira

Fonte: ELETROBRAS

OBRAS CIVIS

Prof. Dr. João Luiz ArmelinProf. M.Sc. Ricardo Ferreira

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ESTRUTURAS DE CONCRETOCONDIÇÕES DE CARREGAMENTO (ELETROBRAS)

Condição de Carregamento Normal – CCN corresponde a todas ascombinações de ações que apresentam grande probabilidade deocorrência ao longo da vida útil da estrutura, durante a operação

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normal ou manutenção de rotina da obra, em condições hidrológi-cas normais, compreendendo as seguintes cargas:

• Peso próprio da estrutura e equipamentos;• Carga acidental uniformemente distribuída, concentrada e

cargas móveis;• Carga relativa às atividades rotineiras de operação e

manutenção;• Subpressão com drenagem operante;

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Condição de Carregamento Normal

• Empuxos hidrostáticos com o NA do reservatório e do canal defuga variando entre os níveis máximo normal e mínimo normal,

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fuga variando entre os níveis máximo normal e mínimo normal,sendo que a condição mais severa de carregamento deverá serselecionada para cada estrutura;

• Empuxo de terraplenos e de assoreamento;• Pressão hidrodinâmica devido a esforços hidráulicos;• Pressão intersticial;• Esforços devido ao vento;• Variação de temperatura e retração do concreto;• Ancoragens ativas;

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Condição de Carregamento Normal

• Esforços sobre a estrutura no primeiro estágio, em casos ondeo segundo estágio da estrutura deva ser completado posterior -

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o segundo estágio da estrutura deva ser completado posterior -mente, com a CH em operação.

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Condição de Carregamento Excepcional – CCE, que correspond ea uma situação de combinação de ações com baixa probabilidadede ocorrência ao longo da vida útil da estrutura.

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Em geral, estas combinações consideram a ocorrência desomente uma ação excepcional, tais como condições hidrológ icasexcepcionais, defeitos no sistema de drenagem, manobras decaráter excepcional, efeitos sísmicos, etc. com as ações correspon-dentes à CCN, logo deverá adicionar a esta condição uma dasseguintes cargas excepcionais:• Empuxos hidrostáticos e subpressão associados ao NA no

reservatório e no canal de fuga variando entre os níveis máxi momaximorum e mínimo minimorum ;

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Condição de Carregamento Excepcional

• Subpressão decorrente de drenagem inoperante ou de falhas

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no sistema de drenagem ;• Pressão hidrodinâmica devida à ação sísmica;• Efeito de onda;• Quaisquer esforços excepcionais sobre as estruturas de

primeiro estágio.

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Condição de Carregamento Limite – CCL, que corresponde a umasituação de combinação de ações com muito baixa probabilidadede ocorrência ao longo da vida útil da estrutura.

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Em geral, estas combinações consideram a ocorrência de mais deuma ação excepcional, tais como condições hidrológicasexcepcionais, defeitos no sistema de drenagem, manobras decaráter excepcional, efeitos sísmicos, etc. com as ações corres-pondentes à CCN, logo deverá adicionar a esta condição duas d asseguintes cargas excepcionais:• Empuxos hidrostáticos e subpressão associados ao NA no

reservatório e no canal de fuga variando entre os níveis máxi momaximorum e mínimo minimorum ;

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Condição de Carregamento Limite

• Subpressão decorrente de drenagem inoperante ou de falhas

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no sistema de drenagem ;• Pressão hidrodinâmica devida à ação sísmica;• Efeito de onda;• Quaisquer esforços excepcionais sobre as estruturas de

primeiro estágio.

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Condição de Carregamento de Construção – CCC, que correspon -de a todas as combinações de ações que apresentem probabilida-de de ocorrência durante a execução da obra .

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Podem ser devidas a carregamento de equipamentos de constru-ção, a estruturas executadas apenas parcialmente e carrega men-tos anormais durante o transporte de equipamentos permanen tes,cargas temporárias para instalação e montagem de equipamentosdefinitivos, cimbramentos e quaisquer outras condiçõessemelhantes, que ocorrem durante períodos curtos em relação àvida útil da estrutura. A seguinte lista de condições de carr ega-mento tem caráter genérico, devendo ser analisada e completadaem função de cada caso específico.

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Condição de Carregamento de Construção

• Condições normais de carregamento em estruturas incomple-tas, conforme for apropriado em cada caso em particular . Como

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tas, conforme for apropriado em cada caso em particular . Comoexemplo pode-se citar esforços sobre estruturas em 1º estágio,em casos onde o 2º estágio deve ser completado posteriormen-te como é o caso de adufas vazias sob o vertedouro;

• Cargas de equipamentos de construção e montagem ;• Cargas devidas às ancoragens provisórias para guinchos,

guindastes ou dispositivos de levantamento de carga ou simi -lares, cargas de compactação de aterros e reaterros;

• Cargas vivas excepcionais, devidas à movimentação e monta-gem de equipamentos;

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• Cargas devidas a testes de equipamentos permanentes;• Cargas hidrostáticas e subpressões anormais devidas a

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• Cargas hidrostáticas e subpressões anormais devidas aesvaziamentos temporários;

• Esforços devidos a injeções.

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Na combinação de ações devem ser observadas as seguintescondições :

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condições :

• Cargas variáveis serão consideradas em intensidade e direçãodo modo mais desfavorável;

• Cargas acidentais, uniformemente distribuídas ou concent ra-das, serão consideradas na combinação mais desfavorável emtermos de intensidade, localização, direção e sentido, não s econsiderando qualquer redução de esforços internos por ela scausados;

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• Combinação mais desfavorável do NA de montante e jusante

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• Combinação mais desfavorável do NA de montante e jusantecom os correspondentes diagramas de subpressão;

• Os empuxos de terra nas estruturas levarão em conta aocorrência de lençol freático, caso exista;

• No caso de sistemas de drenagem a montante e a jusante nãodeverão ser consideradas falhas concomitantes dos sistema s.

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ESTRUTURAS DE CONCRETOESQUEMA COM OS PRINCIPAIS CARREGAMENTOS FONTE: NOVAK et al. (2004)

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ESTRUTURAS DE CONCRETOESTABILIDADE (ELETROBRAS)

A análise de estabilidade da estrutura de uma barragem é feitaconsiderando-a como um conjunto monolítico, podendo dessemodo ser assimilada a um corpo rígido.

Para barragens de terra estão disponíveis muitos métodos para

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Para barragens de terra estão disponíveis muitos métodos paraanálise, sendo os mais usados aqueles que melhor atendem àscondições de equilíbrio, com destaque para os seguintesmétodos:• Bishop Simplificado• Morgenstem e Price• Spencer• Jambu Generalizado• Sarma• Love e Karafiath

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Para barragens de concreto, de um modo geral, os estudos deestabilidade devem comprovar a segurança das estruturas nasseguintes condições e em planos previamente escolhidos:

• Tombamento ;

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• Tombamento ;• Esmagamento;• Deslizamento em qualquer plano, seja da estrutura, seja da

fundação;• Flutuação;• Estabilidade elástica (flambagem );• Tensões na base da fundação e na estrutura;• Deformações e recalques;• Vibrações;• Ações de vento

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As hipóteses que seguem devem ser utilizadas como diretrizesbásicas:

• Levar em conta as tensões naturais de confinamentopreexistente e as pressões de água do subsolo quando se

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preexistente e as pressões de água do subsolo quando setratar de análise de estabilidade envolvendo massas de roch a;

• Considerar os resultados de investigações geológicas egeotécnicas ou geomecânicas;

• Considerar o efeito da subpressão, conforme critériospreestabelecidos, sob e no corpo das estruturas e em massasde rocha;

• Considerar, caso represente a condição mais severa, ocarregamento devido à pressão intersticial;

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• As cargas acidentais de projeto (exceto cargas de equipamen topermanente fixo) devem ser completamente desprezadas emanálise de estabilidade, sempre que as forças verticais atuarem

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análise de estabilidade, sempre que as forças verticais atuaremcomo fatores de estabilidade.

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ESTRUTURAS DE CONCRETOEXTRAVASOR (VERTEDOURO)

O cálculo do caminho hidráulico para o extravasor parte da de ter-minação do valor da vazão estabelecida para as obras permanen -tes Q cp (m3/s).

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Em seguida, em comum acordo com o Orgão de Licenciam ento Ambiental, são estabelecidos os limites da área inu ndada atingidapelo reservatório quando ocorrer Q cp (m3/s).Neste limite, que pode ser sobre o eixo da barragem , fixa-se, preliminarmente o comprimento máximo da crista do e xtravasor,Lex (m).

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ESTRUTURAS DE CONCRETOTOMADA D’ÁGUA

As tomadas d’água podem ser:

• De superfície• Afogadas

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A locação da tomada d’água deve considerar:

• Escoamento, se possível isento de perturbações e de baixa velocidade;

• Mínimo transporte de material sólido submerso e de superfície;• Possibilidade de acesso para manutenção;• Garantia de afogamento do conduto forçado ou do con duto de

baixa pressão de modo a eliminar a possibilidade de aeraçãoexterna no escoamento.

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ESTRUTURAS DE CONCRETOTOMADA D’ÁGUA

Para as tomadas d’água afogadas com carga até 30 m, a velocida-de média na seção bruta das grades deverá estar ent re 1,0 e 1,5 m/s. Para maiores cargas, entre 1,5 e 2,5 m/s.

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Para maiores cargas, entre 1,5 e 2,5 m/s.O afogamento mínimo pode ser avaliado pela fórmula de Gordon:

haf = k.v.h v0,5 (m)

ondek (m/s) = 0,545 para condições simétricas de fluxo e 0,725 para condições assimétricas;hv (m) = mínima dimensão vertical na seção longitudinal da tomadad’água;v (m/s) = velocidade média nessa seção.

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ESTRUTURAS DE CONCRETO

TOMADA D’ÁGUA DE SUPERFÍCIE

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TOMADA D’ÁGUA AFOGADA

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TOMADA D’ÁGUA AFOGADA

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ESTRUTURAS DE CONCRETOCOMPORTAS

As comportas hidráulicas são classificadas em funçã o do tipo de movimento quando em operação (NBR 7259):

• Comportas de translação

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• Deslizamento• Gaveta, ensecadeira, cilíndrica e anel;

• Rolamento• Vagão, lagarta, Stoney;

• Comportas de rotação• Segmento, setor, tambor, basculante, mitra, telhado e visor;

• Comportas de translorotação• Rolante.

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• Comportas de translação – Comporta deslizante

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• Comportas de translação – Comporta de rolos

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• Comportas de translação – Comporta de rolos

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• Comportas de translação – Comporta lagarta

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• Comportas basculante

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• Comportas de rotação – Comporta de segmentos

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ESTRUTURAS DE CONCRETOCOMPORTASComportas de rotação

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• Comportas de rotação• Viga munhão

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ESTRUTURAS DE CONCRETOCOMPORTAS• Comportas de rotação

• Viga munhão

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Comportas de translação – Comporta vagão

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Comportas de translação – Comporta vagão

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Comportas de translação – Comporta ensecadeira (stop log)

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Comportas de translação – Comporta ensecadeira (stop log)

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GRADES

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GRADES

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GRADES

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LIMPA GRADES

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TURBINAS HIDRÁULICAS

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TURBINAS – TIPO FRANCIS

A turbina Francis é um tipo de turbina hidráulica com fluxo radial defora para dentro, concebida por Jean-Victor Poncelet por volta de 1820e aperfeiçoada pelo engenheiro norte-americano James B. Francis em1849.

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1849.Neste tipo de turbina, a água sob pressão entra por um duto circular desecção decrescente, onde é desviada por um conjunto de pás estáticas(pré-distribuidor) e, logo depois, para um conjunto de pás articuláveis(distribuidor) e daí para un rotor central. A água atravessa a parede lateral dorotor, empurrando outro conjunto de pás fixas no mesmo, e sai pela base dorotor com pressão e velocidade muito reduzidas. A potência mecânicaextraída da água é transmitida pelo rotor a um eixo fixado na baseoposta.

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Turbinas Francis são as mais comuns em usinas hidrelétricas for suafexibilidade e eficiência O rotor geralmente tem entre 1 e 10 m dediâmetro. São usadas com quedas de água de 10 até 650 m, a velocidades de80 a 1000 rpm; sua potências varia de menos de 10 a 750 MWs. Uma turbina

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80 a 1000 rpm; sua potências varia de menos de 10 a 750 MWs. Uma turbinaFrancis bem projetada pode extrair até 90% da energia potencial da água.Em geral, turbinas de tamanho médio ou grande são instaladas com o eixovertical.

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TURBINASTIPO FRANCIS

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TURBINAS TIPO FRANCIS

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TURBINAS TIPO FRANCIS

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TURBINAS TIPO KAPLANA turbina Kaplan é adequada para operar entre quedas até 60 m.A única diferença entre as turbinas Kaplan e a Francis é o rotor.Este assemelha-se a um propulsor de navio (similar a uma hélice).Um servomotor montado normalmente dentro do cubo do rotor, é

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Um servomotor montado normalmente dentro do cubo do rotor, éresponsável pela variação do ângulo de inclinação das pás. O óleo éinjetado por um sistema de bombeamento localizado fora da turbina, econduzido até o rotor por um conjunto de tubulações rotativas quepassam por dentro do eixo.O acionamento das pás é conjugado ao das palhetas do distribuidor,de modo que para uma determinada abertura do distribuidor,corresponde um determinado valor de inclinação das pás do rotor.As Kaplans também apresentam uma curva de rendimento "plana"garantindo bom rendimento em uma ampla faixa de operação.

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TURBINAS TIPO KAPLAN

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TURBINAS PELTON

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TURBINAS TIPO PELTON

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TURBINAS PELTON

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TURBINAS-BOMBA

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TURBINAS-BOMBA

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TURBINAS BULBO

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TURBINAS BULBO

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