BARRAGENS

FASES DE PROJETO

TIPOS DE BARRAGENS

1 – INTRODUÇÃO

Construção de Usinas Hidrelétricas

São determinantes para a implantação de um parque gerador de energia elétrica de base predominantemente hidráulica:

• As características físicas do Brasil, em especial a grande extensão territorial e a existência de rios caudalosos;

• A capacitação atual da engenharia, aliada às dimensões relativamente reduzidas das reservas de petróleo e carvão mineral.

Observação:

• Apenas cerca de 25% de todo o potencial hidrelétrico conhecido corresponde a usinas em operação e em construção;

• Estima-se que as fontes hidráulicas continuarão a desempenhar importante papel no atendimento à crescente demanda de energia elétrica, pelo menos ao longo das duas próximas décadas.

POTENCIAL HIDRELÉTRICO POR REGIÃO

Potencial HidrelétricoTotal: 260 GW

Operação/Construção:Operação/Construção: 26 % 26 % Estudado:Estudado: 37 %37 %Estimado:Estimado: 37 %37 %

113 GW43%

26 GW11%

36 GW14%

43 GW16%

42 GW16%

26 GW -11%Op./Const. 4%Estudado 6%Estimado 1%

113 GW -43%Op./Const. 4%Estudado 16%Estimado 23%

36 GW -14%Op./Const. 3%Estudado 3%Estimado 8%

43 GW -16%Op./Const. 8%Estudado 6%Estimado 2%

42 GW -16%Op./Const. 7%Estudado 6%Estimado 3%

106 GW41%

28 GW11%

3 GW1%

60 GW23%

26 GW10%

14 GW5%

13 GW5%

10 GW4%

POTENCIAL

HIDRELÉTRICO

POR BACIA

HIDROGRÁFICA

2. FASES DE PROJETO

• Estimativa do Potencial Hidrelétrico

• Estudo de Inventário Hidrelétrico

• Estudo de Viabilidade

• Projeto Básico

• Projeto Executivo

2.1 Estimativa do Potencial Hidrelétrico

O potencial hidrelétrico de uma bacia hidrográfica corresponde ao potencial que pode ser técnica, econômica e ambientalmente aproveitado, em relação a uma determinada configuração específica de um sistema elétrico, considerando-se as usinas em operação, em construção ou planejadas, e levando-se em conta cenários de utilização múltipla da água. 

Utilização Múltipla da Água

Aproveitamento hidrelétrico – A formação de desnível, propiciada pela regularização, favorece a criação de energia potencial hidráulica, que é transformada em energia elétrica.

Navegação – Esta é favorecida a jusante por meio da regularização das vazões no período de estiagem e para montante por meio do afogamento de eventuais corredeiras e cachoeiras.

Abastecimento d´água – Para fins de irrigação, consumo industrial, doméstico etc.

Outras finalidades – Criação de peixes, recreação, turismo etc.

Esta etapa dos estudos procede à análise preliminar das características da bacia hidrográfica, especialmente quanto aos aspectos topográficos, hidrológicos, geológicos e ambientais, no sentido de verificar sua vocação para geração de energia elétrica.

Essa análise, exclusivamente pautada nos dados disponíveis, é feita em escritório e permite a primeira avaliação do potencial e estimativa de custo do aproveitamento da bacia hidrográfica e a definição de prioridades para a etapa seguinte.

Fases de Projeto

• Inventário

• Viabilidade

• Projeto Básico

• Projeto Executivo

2.2 Estudos de Inventário Hidrelétrico

Etapa em que se determina o potencial hidrelétrico de uma bacia hidrográfica e se estabelece a melhor divisão de queda, mediante a identificação do conjunto de aproveitamentos que propicie um máximo de energia ao menor custo, aliado a um mínimo de efeitos negativos sobre o meio ambiente.

Realizado a partir de dados secundários, complementados com informações de campo, e pautado em estudos básicos (energéticos, hidrometeorológicos, geológicos, ambientais e de outros usos da água), apresenta um conjunto de aproveitamentos, suas principais características, estimativas de custo, índices custos-benefícios e índices ambientais.

Objetivos:

• Identificar a melhor alternativa de divisão de quedas para aproveitamento do potencial hidrelétrico da bacia estudada através de avaliações e análises baseadas nos benefícios energéticos oriundos da sua implementação, nos custos de construção e operação dos empreendimentos, no uso múltiplo da água e nos efeitos sobre o meio-ambiente na bacia;

• Caracterizar um elenco de aproveitamentos que possam ser incluídos nos planos de investimento de médio prazo e programas de estudos de viabilidade do setor de energia elétrica;

• Constituir um documento hábil que defina tecnicamente a alternativa de partição de queda escolhida, objetivando a definição do objeto de licitações de concessão de aproveitamento hidrelétrico com potência superior a 10MW na bacia estudada;

• Constituir um documento de apoio aos Estudos de Viabilidade de empreendimentos hidrelétricos na bacia estudada;

• Constituir um documento de apoio à ações junto a órgãos públicos e privados, visando otimizar de forma ordenada e racional, o aproveitamento dos recursos naturais na bacia estudada.

2.3 Estudos de Viabilidade

É a etapa de definição da concepção global de um dado aproveitamento, da melhor alternativa de divisão de queda estabelecida na etapa anterior, visando sua otimização técnico-econômica e ambiental e a avaliação de seus benefícios e custos associados.

Objetivos:

• Concluir sobre a exeqüibilidade ou não do aproveitamento através de avaliações, análises e definições fundamentadas nos custos e nos benefícios múltiplos que podem ser obtidos;

• Subsidiar a tomada de decisões quanto à época de início de construção do aproveitamento hidrelétrico;

• Subsidiar a elaboração dos documentos necessários para licenciamento ambiental;

• Subsidiar as ações junto a órgãos públicos e privados, visando otimizar a utilização dos recursos naturais existentes na área do futuro aproveitamento e promover sua inserção na região.

2.4 Projeto Básico

É a etapa em que o aproveitamento, como concebido nos estudos de viabilidade, é detalhado e tem definido seu orçamento, com maior precisão, de forma a permitir à empresa ou ao grupo vencedor da licitação de concessão a implantação do empreendimento diretamente ou através de contratação de outras companhias para a execução das obras civis e do fornecimento e montagem dos equipamentos hidromecânicos e eletromecânicos.

No desenvolvimento do Projeto Básico deverão ser mantidos os principais itens fixados no edital de licitação do empreendimento e que foram definidos na fase de Estudos de Viabilidade, de modo a manter, nesta fase de projeto, sua energia assegurada.

Principais itens que não deverão ser alterados:

• NA Max Montante;

• NA Jusante;

• Potência Mínima;

• Coordenadas Geográficas.

Nesta etapa são detalhados os programas sócio-ambientais definidos nos Estudos de Viabilidade.

Trata-se, portanto, de aprofundar o conhecimento sobre as medidas necessárias à prevenção, mitigação ou compensação aos impactos identificados, até o nível de projeto, preparando-os para a imediata implantação.

2.5 Projeto Executivo

É a etapa em que se processa a elaboração dos desenhos de detalhamento das obras civis e dos equipamentos hidromecânicos e eletromecânicos, necessários à execução da obra e à montagem dos equipamentos.

Nesta etapa são tomadas todas as medidas pertinentes à implantação do reservatório.

É o valor numérico que expressa a intensidade do impacto ambiental sobre a área de estudo, variando em uma escala contínua desde zero (mínimo impacto) até um (máximo impacto). Este índice é calculado considerando-se os impactos sobre ecossistemas aquáticos e terrestres, modos de vida, organização territorial, base econômica e populações indígenas. No entanto, uma estimativa preliminar do impacto que um aproveitamento hidrelétrico irá causar pode ser obtida pela relação entre a área inundada pelo reservatório (km2) e a potência instalada (MW).

Índice Ambiental

UHE Estado / País BaciaPotência instalada

(MW)

Área do reservatório

(km2)

Índice ambiental

(Km2/MW)Balbina AM Rio Amazonas 250 2360 9.44Belo Monte* PA Rio Amazonas 11000 400 0.04Samuel RO Rio Amazonas 217 600 2.76Lajeado** TO Rio Tocantins 903 630 0.70Serra da Mesa GO Rio Tocantins 1293 1784 1.38Tucuruí PA Rio Tocantins 7960 2430 0.31Mal. Castelo Branco MA/PI Atlântico, trecho norte/nordeste 216 363 1.68Itaparica PE/BA Rio São Francisco 1500 828 0.55Moxotó BA/AL Rio São Francisco 440 93 0.21Paulo Afonso IV BA Rio São Francisco 2460 17 0.01Sobradinho BA Rio São Francisco 1050 4214 4.01Três Marias MG Rio São Francisco 388 1142 2.94Xingó SE/AL Rio São Francisco 3000 60 0.02Funil RJ Atlântico, trecho lesle 216 39 0.18Lajes RJ Atlântico, trecho lesle 144 30 0.21Barra Bonita SP Rio Paraná 144 308 2.14Capivara SP/PR Rio Paraná 662 515 0.78Corumbá GO Rio Paraná 375 65 0.17Emborcação MG/GO Rio Paraná 1192 455 0.38Foz do Areia PR Rio Paraná 2511 139 0.06Furnas MG Rio Paraná 1216 1450 1.19Igarapava MG/SP Rio Paraná 210 39 0.19Ilha Solteira SP/MS Rio Paraná 166 1200 7.23Itaipu Brasil/Paraguai Rio Paraná 14000 1350 0.10Itumbiara MG/GO Rio Paraná 2280 760 0.33Marimbondo MG/SP Rio Paraná 188 438 2.33Nova Ponte MG Rio Paraná 510 447 0.88Porto Colômbia MG/SP Rio Paraná 320 140 0.44Rosana SP/PR Rio Paraná 320 217 0.68Salto Grande MG Rio Paraná 104 5.8 0.06São Simão MG/GO Rio Paraná 1710 722 0.42Segredo PR Rio Paraná 1260 82 0.07Taquaruçu SP/PR Rio Paraná 515 74 0.14Campos Novos* SC Rio Uruguai 880 24 0.03Itá SC/RS Rio Uruguai 294 141 0.48Machadinho SC/RS Rio Uruguai 1140 79 0.07Obs.:** Em construção* Previsto para construção

ARRANJO GERAL DE UM APROVEITAMENTO

Arranjo de uma Barragem

Barragem concreto transição para TE

Estruturas de uma Barragem

Vertedouro

Adufa de desvio

- Controlar o nível do reservatório;

- Tipo de vertedouro

• Concreto

• Barragem de Terra e Enrocamento

Arco

Gravidade

Contrafortes

Seção homogênea

Seção heterogênea ou zonada

Seção mista

Enrocamento com face impermeável a montante

Principais Tipos de Barragens:

(convencional ou tipo CCR)

Barragem Vertedouro

Casa de força

Tomada de água

Arranjo típico em vale estreito

Ensecadeira

Túnel dedesvio

Vertedouro

Barragem

Casa de força

Tomadade água

Arranjo típico em vale medianamente encaixado (UHE Foz do Areia)

Casa de Força

Barragem

Vertedouro

Canal de fuga

Eclusa

Barragem

Arranjo típico em vale aberto (UHE Tucuruí)

(Barragem de terra e enrocamento)

UHE Funil-RJ – Barragem tipo abóbada de concreto

UHE Funil-BA – Barragem de concreto com contrafortes

UHE Mascarenhas-ES/MG – Barragem de concreto a gravidade

Materiais de construção e características Materiais de construção e características geotécnicas da fundaçãogeotécnicas da fundação

GEOLOGIA E GEOTECNIA LOCAL

Localização das estruturas

Características das estruturas

Observações:

- Condições de fundação estão relacionadas as características geológicas do seu maciço (influência da própria barragem e percolação d'água);

- Materiais que devem estar disponíveis nas proximidades (solo, pedra e agregados).

HIDROLOGIA E CONDIÇÕES CLIMÁTICAS

Cheia de desvio

Cheia de projeto

Distribuição anual das vazões

Tipo e dimensões das estruturas de desvio

Tipo e dimensões do vertedouro

Períodos de desvio do rio e época de enchimento do reservatório

Distribuição e intensidade das estações secas e úmidas Tipo de estrutura

Cronograma da obra

INFRA-ESTRUTURA REGIONAL

Infra-estrutura urbanística local

Infra-estrutura de transportes (acessos)

Disponibilidade de mão-de-obra e equipamentos

Cronograma da obra

Tipo de estrutura

DEFINIÇÃO DO TIPO DE BARRAGEM

A escolha do tipo de barragem dependerá, principalmente, da existência de material qualificado para sua construção, dos aspectos geológicos e geotécnicos, e da conformação topográfica do local da obra. Outros fatores igualmente importantes para a seleção são:

disponibilidade de solo ou rocha: proveniente de escavações requeridas, disponíveis em quantidade e qualidade adequadas, segundo um fluxo compatível com a construção do arranjo proposto;

natureza das fundações: barragens de enrocamento e de concreto somente deverão ser colocadas sobre fundação competentes, enquanto que as de terra poderão ser colocadas em solo;

condições climáticas: a existência de períodos chuvosos razoavelmente prolongados traz complicações para a construção de aterro de solo compactado ou núcleos de argila.

Seções Típicas Geotécnicas

• Barragem de terra do tipo homogênea:

-indicada quando a rocha se encontra a grandes profundidades na área em consideração;

-é um tipo de barragem que exige menor declividade nos paramentos de montante e jusante e, portanto, resulta em maiores volumes compactados.

NAmax

2,5

1

Hba

3,0

1

filtro

NAmin

B

aterro

Seção típica de barragem homogênea de terra

• Barragem de enrocamento com núcleo argiloso ou com face de concreto :

- indicada quando, na área selecionada, existir rocha sã e de boa qualidade ao longo do eixo, à pequena profundidade;

- grandes volumes de escavação em rocha na casa de força, em canais e vertedouros são um bom indicativo para a utilização deste tipo de barragem;

- se existirem períodos chuvosos que prejudiquem a execução de núcleos de argila, ou a dificuldade na obtenção de material adequado para o núcleo, a solução com face de concreto é a mais indicada.

10,0 NA

1

0,2

0,2

1 1 H ba

El te

núcleo de argila

enrocamento

transição

B

Seção típica de barragem de enrocamento com núcleo de argila vertical

1

H b a

E l c r

N A m a x B

1 0 ,8

1

E l t e

1 0 ,5

n ú c l e o d e a r g i l a

e n r o c a m e n to

t r a n s i ç ã o

Seção típica de barragem de enrocamento com núcleo de argila inclinado

NAmaxB

1 Hba

Elte

plinto transição

enrocamento

laje de concreto

Seção típica de barragem de enrocamento com face de concreto

• Barragem de concreto :

- Indicada quando o reconhecimento de campo garantir na área selecionada a existência de rocha sã e com compressibilidade pequena ao longo de todo o eixo, já que estas exercem maiores pressões nas fundações, a pequena profundidade.

- A estabilidade, neste tipo de barragem, é garantida principalmente pelos esforços de gravidade.

8,0

NAmax

Hbl

Elcr

1

Hba

Elte

Seção típica de barragem de concreto convencional a gravidade

Detalhes construtivos

- CCR (Barragens tipo gravidade, consumo de cimento, equipamento de compactação);

- Proteção dos taludes nas barragens de terra;

- Borda livre (altura de onda, dissipação da onda e recalques);

- Crista de barragens (4 a 12 m);

- Bermas;

- Desvio do rio: vales fechados e semi-encaixados (túneis por ombreiras rochosas) e no caso de vales abertos (desvio em etapas ou por meio de adufas);