225335751-Aula-Projeto-de-Barragens-Frp-Modo-de-Compatibilidade

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PROJETO DE 
BARRAGENS
• Professor Engº Nilton Nazar
PROJETOS DE BARRAGENS
Tipos de barragens 
Os principais tipos de barragens não rígidas são:
1. Barragens de terra1. Barragens de terra
2. Barragens de enrocamento 
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PROJETOS DE BARRAGENS
1. Barragens de Terra
São as constituídas de solos de jazidas ou obtidos das 
escavações obrigatórias, as quais são compactadas por 
equipamentos mecânicos em camadas de espessura equipamentos mecânicos em camadas de espessura 
determinada.
Essas barragens se dividem em três classes:
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PROJETOS DE BARRAGENS
a) BARRAGEM HOMOGÉNEA: constituída de um único 
material.
Seção máxima – Detalhes
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b) BARRAGEM ZONEADA: constituída por um solo 
impermeável entre zonas de solo permeável. material.
� Areia e pedregulho na parte externa
� Camadas funcionam como drenos
� Não há necessidade do revestimento dos taludes
� Maior estabilização devido aos ângulos de atrito 
internos maiores.
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c) BARRAGEM MISTA (diafragma): constituída de vários 
tipos de materiais tais como argila, areia, brita, blocos de 
pedra.
- Núcleo - material impermeável. 
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2. Barragens de enrocamento
São constituídas por um maciço de blocos de rocha de todos 
os tamanhos cuja vedação é obtida através de uma membrana 
impermeável. A membrana pode ser colocada à montante ou impermeável. A membrana pode ser colocada à montante ou 
no centro da barragem, verticalmente ou inclinada, e ela pode 
ser de solo impermeável, concreto armado, concreto asfáltico, 
aço e etc. 
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3. Dimensionamento de Barragem
Requisitos básicos:
Projetar a barragem a mais econômica possível.� Projetar a barragem a mais econômica possível.
� Projetar a barragem segura e funcional.
Material de construção:
� Princípio do controle de fluxo - vedação e drenagem
� Princípio da estabilidade
� Princípio da compatibilidade das deformações
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a) Altura da barragem, H:
Onde:
Cc = cota do coroamento
CF - cota da fundação (talweg)
hA = altura de acumulação = soleira do sangradouro
Hs = altura da lâmina de sangria
F= folga 
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Determinação de hA:
Bacia Hidráulica - curvas de nível - planímetro ou coordenadas
(computador)
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Diagrama cota x área x volume
OU:
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1°Caso:
Deseja-se acumular um dado volume d'água.
Primeiro passo: volume afluente anual (hA) - da Hidrologia 
(cheias Hs ; Ventos F )(cheias Hs ; Ventos F )
Segundo passo: Topografia: H = ha+Hs+F
É compatível (permite)?
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2°Caso:
Deseja-se o aproveitamento total do vale.
Primeiro passo: Topografia H - ocupação de todo o boqueirão.
Calcula-se F e Hs .Calcula-se F e Hs .
Segundo passo: Hidrologia hA = H-(F + HS)
O volume afluente,anual de contribuição é compatível?
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Declividade dos Taludes:
Talude NaturalTalude Natural
Talude de aterro
Taludes de cortes em terreno natural são mais íngremes do 
que os de aterro.
Variação dos taludes em barragens: 
- 1 :2 a 1 :4
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- Escolhidos de forma a garantir a estabilidade da barragem. 
Declividade (1 : m ) para os taludes de montante e jusante.
Fatores que influem na determinação de m:
1- Características de coesão (c) e ângulo de atrito interno (Φ) do solo.1- Características de coesão (c) e ângulo de atrito interno (Φ) do solo.
2- Capacidade de carga do solo de fundação.
3- Taxa de dissipação das pressões neutras.
A experiência comprovada em diversas barragens construídas
possibilitou a elaboração de um quadro que fornece os valores de m
para os vários casos de situações e materiais diferentes.
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(l) Para pequenas barragens homogéneas: (H < 15 m)
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Nomenclatura:
G - gravel (pedregulho), S - sand (areia), M - silte (moan), C – clay (argila),
W - well (bem), P - poorly (mal), H - hígh (alta), L - low (baixa).
Esvaziamento rápido: > 15 cm/dia
É função da tomada d'água - evaporação simples não influi (≡ 1,8 cm/dia)
Taludes:
� Montante: barragem saturada (-) peso da água
� Jusante: Não é afetado
Classificação dos solos: U.S.C (nomenclatura)
� Granulometria - ensaios de peneiramento (areia e pedregulho)
� Plasticidade (argila e silte)
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(II) Para grandes barragens homogeneas: (H >15 m)
A análise de estabilidade para as situações críticas a que a barragem 
poderá estar submetida usando os parâmetros dos solos determinados em 
laboratório é uma das maneiras mais seguras para a definição de 
m(medida horizontal).
Ensaios para determinação de c e (Φ):Ensaios para determinação de c e (Φ):
Especiais: resistência ao cisalhamento direto, simples e triaxial.
Situações críticas da barragem:
1. Final de construção
2. Em operação
3. Esvaziamento rápido
Métodos de cálculo de estabilidade de taludes:
� das fatias - Bishop
� das cunhas - Morgenstern & Price
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Largura do coroamento:
Fatores que influem no dimensionamento:
� Natureza do material compactado (material de construção)
� Comprimento de percolação� Comprimento de percolação
� Trabalhabilidade (facilidade de construção)
� Passagem ou não de rodovias sobre a barragem
� Possibilidade de terremotos
� Altura da barragem
PROJETOS DE BARRAGENS
Fórmulas usuais para o cálculo (empíricas):
a) Bureau of Reciamatlon:a) Bureau of Reciamatlon:
b) Knappen:
c) Preece:
Larguras mínimas:
� U.S. Bureau of Reclamation - 6,0 m
� DNOCS-4,Om (H< 10,00m)
PROJETOS DE BARRAGENS
Exercício:
Para H = 10 m (pequena barragem) 
Pequena variação:
(mais utilizada no Nordeste - menor valor)
Para H = 100 m
Maior variação:
PROJETOS DE BARRAGENS
Folga
Diferença entre o nível máximo da água e a cota de coroamento.
Finalidade: evitar que as ondas venham transpor a barragem.
Onde:
h = altura das ondas (m)
v = velocidade das ondas (m/s)
g = aceleração da gravidade (m²/s)
PROJETOS DE BARRAGENS
Fetch: é a maior distância em linha reta, por cima do espelho 
d'água a partir da barragem.
Fórmulas de Stevenson:
Onde: L = fetch
PROJETOS DE BARRAGENS
Fórmulas de Gaillard:
PROJETOS DE BARRAGENS
Fórmulas de Molitor (mais precisas):
Onde:
v' = velocidade dos ventos, em km/hv' = velocidade dos ventos, em km/h
PROJETOS DE BARRAGENS
Exercício:
Calcular a folga para uma barragem que tem um fetch de 25 
km. (L = 25 km)
PROJETOS DE BARRAGENS
Valores da folga em função do fetch (USBR):
PROJETOS DE BARRAGENSRevanche:
É a diferença de cota entre a soleira do sangradouro e o 
coroamento:
PROJETOS DE BARRAGENS
Proteção dos taludes e coroamento:
1) Talude de montante:
Agentes de ataque:
- Ventos; ondas; chuvas (impacto e fluxo)
Proteções (tipos):
- Rip-rap lançado
- Rip-rap arrumado
- Placas de concreto
- Pedras rejuntadas
- Asfalto
- Bica-corrida
PROJETOS DE BARRAGENS
Rip-rap lançado: acomodação por impacto dinâmico 
Rip-rap arrumado:
PROJETOS DE BARRAGENS
Enrocamento:
Amortece o choque das ondas
Filtro (transição) - (areia grossa ou pedregulho):
Amortece o choque e impede o carreamento de material fino do maciço.
Dimensionamento do rip-rap:
PROJETOS DE BARRAGENS
Enrocamento (e1):
Segundo o TVA (Tenessee Valley Authority)
Onde:
e1 = espessura do rip-rap (m)e1 = espessura do rip-rap (m)
c = coeficiente função da inclinação do talude e da densidade da rocha.
v = velocidade das ondas
PROJETOS DE BARRAGENS
Determinação de ‘c”
50 % do enrocamento deve ser constituído por pedra com peso 
superior a:
PROJETOS DE BARRAGENS
Exemplo:
D50 = 60 cm 50% das pedras têm dimensão menor que 60 cm
P50 = 0,2 ton 50% das pedras tem peso menor que 0,2 ton
PROJETOS DE BARRAGENS
Filtro (e2):
e2 = 0,20 a 0,30 m
Para:
h < 1,50 m D85 = 2,5 cmh < 1,50 m D85 = 2,5 cm
h > 1,50 m D85 = 5,0 cm 
h = altura das ondas
Dizer que D85 = 2,5 cm, significa que 85 % dos grãos que compõem o filtro 
têm diâmetro menor que 2,5 cm
PROJETOS DE BARRAGENS
U.S. Army Corps:
D50 = diâmetro de 50 % dos blocos de pedra do enrocamento.
PROJETOS DE BARRAGENS
U.S. Bureau of Reclamation:
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Exercício:
Dados:
Talude: 1:3
δ = 2,65 L = 25 km c = 0,025
Solução:
1) e = cv²1) e = cv²
v= 1,5 + 2h (m/s)
h = 0,34 (L)^(1/2)
h = 0,34(25)^(1/2) = 0,34x5 = 1,7m
v = 1,5 + 2 x 1,70 = 4,9 m
e = 0,025 x (4,9)² = 0,6 m
P = 0,52 δe³
P50 = 0,52 x 2,65 x (0,6)³ = 0,3 ton
PROJETOS DE BARRAGENS
Pela tabela do U.S. Army Corps: 
e = 0,55 m 
D50 = 0,4 m
Cubo: P50 = 2,65 x 0,43 = 0,17 ton
Paralelepípedo: P50 = 2 x 0,17 = 0,34 ton.
PROJETOS DE BARRAGENS
Talude de jusante:
Agentes de ataque:
- Chuvas (impacto e fluxo);
- Pisoteio de animais;
Proteção (tipos)
- Plantio de espécies vegetais (grama, salsa, etc) - regional.
- Camada de pedra (regiões muito secas, 0,30 m de brita ou
seixos rolados).
- Drenagem superficial.
PROJETOS DE BARRAGENS
Drenagem superficial (para barragens maiores):
Dimensionamento é função das descargas devido às
precipitações pluviométricas, escoamento superficial,
permeabilidade da bacia, área de contribuição, declividade do
terreno.
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Coroamento:
Agentes de ataque:
- Chuvas (impacto e fluxo);
-Ventos
-Pisoteio de animais;
-Tráfego de veículos; etc.-Tráfego de veículos; etc.
- Proteção (tipos):
� Para pequenas barragens:
� Camada de pedrisco,
� Camada de piçarra (0,30 m), etc.
Declividade de 1 % a partir do eixo na direção dos paramentos.
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� Para barragens maiores: (com passagem de rodovia)
� Pavimentação,
� Meio-fio,
� Guarda-corpo,
� Acostamento,
Iluminação, etc.� Iluminação, etc.
PROJETOS DE BARRAGENS
Drenagem Interna do maciço:
Elemento vital na segurança de uma barragem. 
Finalidades:
1. Captar e levar para jusante todas as águas de infiltração pelo
maciço da barragem e pelas fundações.
2. Proteger o aterro contra o "piping" (fissuramentos, contatos),
contra gradientes de percolação elevados junto ao pé de 
jusante da barragem (levantamento).
PROJETOS DE BARRAGENS
3. Evitar a saturação do talude de jusante (queda da resistência ao 
cisalhamento com a saturação) redução das pressões intersticiais 
dentro do aterro/fundações.
Ações:
Percolação da água de maneira descontrolada afeta a 
estabilidade aumento excessivo de subpressões e perda de 
suporte por erosão interna (carreamentos ruptura).
PROJETOS DE BARRAGENS
Infiltrações Perigosas:
- Fissuramentos provocados por recalques diferenciais.
- Vazamentos ao longo do contato do núcleo com a fundação.
- Vazamentos pelas encostas.
- Fissuramentos horizontais causados por transferência de carga
do núcleo para os espaldares.do núcleo para os espaldares.
- Recalques diferenciais.
- Causa físico-química defloculação das argilas dispersivas.
Cálculo da vazão Lei de Darcy (fluxo laminar).
PROJETOS DE BARRAGENS
Efeitos:
1. Redução dos custos taludes mais íngremes
Quanto menor a capacidade drenante mais alta a linha 
de saturação menores os coeficientes de segurança ao 
deslizamento adoção de taludes mais brandos.deslizamento adoção de taludes mais brandos.
2. Escolha do tipo de drenagem:
a. Permeabilidade do maciço e fundação
b. Características do material drenante disponível.
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Exemplos de sistemas de drenagem interna: 
Tapete drenante:
- Fundação relativamente uniforme.
- Maciço:- Maciço:
- Não são eficientes para maciços estratificados.
- Saturação no pé.
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Filtro vertical (com tapete):
- Intercepta qualquer fissuração do maciço e coleta os fluxos
através das fissuras.
- Espessura « 0,90 a 2,00 m (areia compactada)
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Filtro inclinado:
Vantagem:
- elimina riscos de trincas longitudinais na crista da
barragem apoiada em fundações rígidas.
- Consumo menor de areia.
Desvantagem: 
- difícil execução.
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Dreno de pé (rock-fill):