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Projeto de Usinas Hidrelétricas - Passo a Passo
Cap. 6: Barragens
Aluno: Henrique Menin Russo
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Agenda
• Introdução
• Barragens de Terra ou Aterro
• Barragens de Enrocamento
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Introdução
• Uma barragem, açude ou represa, é uma barreiraartificial, feita em cursos de rio para a retenção degrandes quantidades de água.
• O estudo é geral, ou seja, não se limita somente àsbarragens de hidrelétricas.
• A escolha do tipo de barragem é influenciada porcondicionantes locais, como a existência de materialqualificado para a construção, aspectos geológicos egeotécnicos e da topografia do local da obra(MARQUES, 2012) bem como o clima (que inclui oíndice pluviométrico) e o volume de represamento.
• O critério de menor custo global é adotado demaneira iterativa!
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Barragens de terra
• São as barragens mais antigas e ainda as mais comuns,utilizadas para todos os fins
• Exije o menor nível de processamento de material
4Atlas das Águas
MACIÇO
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Barragens de terra
Deve-se obedecer três princípios básicos:
• Princípio do controle de fluxo;
• Princípio da estabilidade;
• Princípio da compatibildiade das deformações;
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Trata-se de empenhar esforços para a maior capacidade devedação do lado de montante e maior facilidade de escoamento dolado de jusante;
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Barragens de terra
Deve-se obedecer três princípios básicos:
• Princípio do controle de fluxo;
• Princípio da estabilidade;
• Princípio da compatibilidade das deformações.
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A barragem deve ter resistência que garanta a estabilidade doconjunto barragem-fundação, para as várias condições decarregamento (nível de água).
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Barragens de terra
Deve-se obedecer três princípios básicos:
• Princípio do controle de fluxo;
• Princípio da estabilidade;
• Princípio da compatibilidade das deformações.
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Devido a não homogeneidade dos materias que compõem abarragem (e o solo), deve existir transição adequada entre suaszonas, compatibilizando as deformações.
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Barragens de terra
1) PRINCÍPIO DO CONTROLE DE FLUXO
Utiliza a análise de percolação do solo e da própriabarragem .
Esta percolação é tratada como escoamento laminar emmeio poroso, dado pela Lei de Darcy:
Q = k.i.A.t e k = V s.ne/i
Q – vazão de percolação; A – área;
k – coef. de permeabilidade; V s – velocidade méd. percolação;
i – gradiente hidráulico; n e – porosidade específica. 8www.ebanataw.com.br/talude
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Barragens de terra
1) PRINCÍPIO DO CONTROLE DE FLUXO
Coeficiente de permeabilidade (k – cm/s): é influenciadopela granulometria do material, composição mineralógica,viscosidade da água, forma das partículas, estrutura dosolo, entre outros.
É determinado em ensaios de campo do tipopermeabilidade em furo de sondagem e perda d’água sobpressão.
O fluxo de água em um meio poroso pode ser determinadopela Equação de Laplace, representado por linhas de fluxoe linhas equipotenciais.
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Barragens de terra
1) PRINCÍPIO DO CONTROLE DE FLUXO
Percebe-se em muitas barragens que:
• A permeabilidade do maciço é variável de ponto a ponto;
• A permeabilidade da fundação tem um papel dominanteno fluxo, principalmente no trecho inferior da barragem;
• Em cotas elevadas, fenômenos de alívio de tensõespodem causar aumento significativo da permeabilidadehorizontal.
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Barragens de terra
1) PRINCÍPIO DO CONTROLE DE FLUXO
Sistema de drenagem interna (filtro de drenagem)
- Composta normalmente por areia lavada e processada
“Até o meio da barragem faço tudo para a água não chegar. A partir dai ́ faço tudo para a água sair da maneira que quero” (Arthur Casagrande)
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Agência Nacional de Água, 2015
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Barragens de terra
1) PRINCÍPIO DO CONTROLE DE FLUXO
Transições:
• Entre o núcleo e espaldares e entre solos granulares: D / d ≤ 5;
• Entre o núcleo e o espaldar de montante e entre o enrocamento deproteção e o espaldar de montante): D / d ≤ 9;
D = limite sup. do diâmetro das partículas de filtrod = valor médio do diâmetro das partículas do material de base.
12UHE Aimorés, rio Doce (CBDB, 2009)
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Barragens de terra
2) PRINCÍPIO DA ESTABILIDADE
Analisa-se através do fator de segurança (FS):
FS = forças resistentes (resist. ao cisalhamento disponível)
forças atuantes (resistêcia mobilizada)
13Eletrobras e CBDB (2003)
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Barragens de terra
14UHE Parigot de Souza, Campina Grande do Sul – 260MW
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Barragens de terra
3) PRINCÍPIO DA COMPATIBILIDADE DAS DEFORMAÇÕES
Algumas barragens incluem espessas camadas detransição, a fim de evitar recalques diferenciais e contrastede deformabilidade devido às diferenças de tensões de cadacamada da barragem (como o contraste de densidade entreum núcleo de argila e um espaldar de rochas).
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Recalques diferenciais
Controle de recalque (Via Técnica)
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Barragens de terra
3) PRINCÍPIO DA COMPATIBILIDADE DAS DEFORMAÇÕES
A modelagem dos solos e enrocamentos é muito complexa,uma vez que eles podem se retrair ou expandir, se deformarpor cisalhamento, colapsar e liquefazer, além de ter umaestrutura que comporta sucção.
Modelagem matemática deve ser feita para os projetos queapresentem problemas potenciais preocupantes, como:
- de barragens de enrocamento com núcleos delgados;
- de barragem sobre areia que não tenha trincheira devedação em toda a extensão da fundação;
- de barragem sobre rochas fracas. 16
UHE Aimorés, rio Doce (CBDB, 2009)
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Barragens de terra
3) PRINCÍPIO DA COMPATIBILIDADE DAS DEFORMAÇÕES
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Barragens de terra
PROTEÇÃO DOS TALUDES:
• Lado de montante: devido à esposição às ondas de superfície, deveráser protegido com rochas ou outros materiais granulares (ou até solo-cimento, a depender das condições econômicas e inviabilidades);
• Lado de jusante: deverá ser protegido contra a ação de chuvas comgrama ou outro material vegetal. Se houver sobra de material granular,este também poderá ser utilizado na proteção, especialmente na partesubmersa.
18UHE Aimorés, rio Doce (CBDB, 2009)
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Barragens de enrocamento
• É composta basicamente pelo corpo da barragem,formado por espaldares de enrocamento compactado, epelo núcleo (membrana) impermeável, para impedir apassagem da água que percola livremente peloenrocamento.
• A membrana impermeável pode ser posicionada nonúcleo da barragem, na posição vertical ou inclinada, ouainda sobre o talude de montante.
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Barragens de enrocamento
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Núcleo vertical - Itaipu
Núcleo inclinado (José Pimentel Pessôa, CEFET 2009)
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Barragens de enrocamento
Fatores contribuentes para a escolha deste tipo debarragem :
• a disponibilidade de rocha em abundância no local,facilmente explorável, ou proveniente das escavaçõesobrigatórias para implantação das fundações dasestruturas;
• a escassez de materiais terrosos no local, de difícilobtenção na área, ou a existência de materiais querequeiram processamento intensivo para ser usados;
• curto período de tempo disponível para construção dabarragem;
• a existência de condições climáticas excessivamenteúmida e chuvosa, que possam limitar o lançamento degrandes quantidades de materiais terrosos.
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Barragens de enrocamento
Definição:Os enrocamentos são materiais que, quando submetidos auma variação de tensões, sofrem transformaçõesestruturais devidas a deslocamentos, rotação e quebra departículas. (Marsal; Nuñez, 1975).
Serão abordados três tipos principais:
• Barragem de enrocamento com núcleo vertical einclinado (de argila e de concreto asfáltico);
• Barragem de enrocamento com face de concreto;
• Barragem de enrocamento com face de concretoasfáltico.
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Barragens de enrocamento
Barragem de enrocamento com núcleo de argila:
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UHE Irapé (CBDB, 2009)
UHE Emborcação (CBDB, 2003)
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Barragens de enrocamento
Barragem de enrocamento com núcleo de argila
Requisitos principais:• A largura da crista tem que ser de, no mínimo, 10 m para
atender, além da segurança, ao processo construtivo queenvolve o transporte e a colocação dos diversosmateriais: material impermeável para o núcleo, matériasgranulares para filtros, transições e enrocamento.
• A largura mínima do núcleo na base deve ser de 0,3 H,sendo H a altura da carga hidráulica do reservatório. Notopo, é preciso que a largura seja de 3 m, em função dosaspectos construtivos.
• O sistema de drenagem interna deve ser constituído porcamadas filtrantes (filtro e transição).
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Barragens de enrocamento
Barragem de enrocamento com face de concreto:• É a escolha para os locais em que não existe solo
apropriado para o núcleo. Ressalta-se que, em muitosprojetos, essa solução foi escolhida por apresentarmenor custo, mesmo existindo jazidas de solo para onúcleo. Taludes mais íngremes, menor largura da base.
25UHE Barra Grande (CBDB, 2009)
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Barragens de enrocamento
Barragem de enrocamento com face de concreto
Vantagens:
• Sempre estão disponíveis para inspeção e reparos, como rebaixamento do reservatório;
• A membrana pode ser construída após o término daseção de enrocamento;
• O tratamento das fundações (injeções) pode serrealizado simultaneamente à colocação do enrocamento;
• A base da barragem estará disponível para aestabilidade contra deslizamento;
• A membrana pode ser usada como proteção do talude.
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Barragens de enrocamento
Barragem de enrocamento com face de concreto
As inclinações dos taludes de montante e jusante poderãovariar de:
• 1,0 (V): 1,3 (H) para enrocamentos de rochas basálticase gnáissicas;
• 1,0 (V): 1,4-1,6 (H) para enrocamentos de rochassedimentares.
• A largura da crista da barragem pode variar de 7m a10m.
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Barragens de enrocamento
Barragem de enrocamento com face de concretoasfáltico
Vantagens:
• Custo mais baixo;• Maior flexibilidade, quando comparado às lajes de
concreto;• Pode tolerar recalques diferenciais maiores sem trincar;• Pode ser construído mais rapidamente.
28Glarus, Suíça (Wilson, 2013)
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Barragens de enrocamento
Barragem de enrocamento com face de concretoasfáltico
Camadas típicas:
29(Wilson, 2013)
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Barragens de enrocamento
Barragem de enrocamento com núcleo asfáltico
Só existe um exemplar no Brasil:
30UHE Foz do Chapecó (CBDB, 2009)
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Barragens de enrocamento
Barragem de enrocamento com núcleo asfáltico
• O concreto asfáltico é colocada no núcleo em camadasde 20cm a 30 cm;
• Diâmetro de até 30cm;• Consumo de asfalto será mínimo se a massa das
camadas externas do núcleo for composta de grãosuniformes.
31UHE Foz do Chapecó (CBDB, 2009)
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Agradecimento
Obrigado!
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