HIDRAULICA HIDROMETRIA BARRAGENS

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Hidraúlica
Hidrometria e Barragens
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Hidrometria
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MEDIÇÃO DE VAZÃO EM CANAIS
Método da velocidade
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Determinação da seção de escoamento
Em canais de grande porte e que apresentam seção irregular, rios por exemplo, a seção de fluxo é obtida dividindo-se a seção transversal em segmentos. A área de cada segmento é obtida multiplicando-se sua largura pela profundidade média da seção. A soma das áreas fornece a área total da seção de escoamento.
Método do flutuador
Este método se aplica a trechos retilíneos de canal e que tenham seção transversal uniforme. As medidas devem ser feitas em dias sem vento, de forma a se evitar sua influência no caminhamento do flutuador.Para facilitar a medida, devem ser esticados fios no início no meio e no final do trecho onde se pretende medir a velocidade. O flutuador deve ser solto à montante, a uma
distância suficiente para adquirir a velocidade da corrente, antes dele cruzar a seção inicial do trecho de teste. Com a distância percorrida e o tempo, determina-se a velocidade média do flutuador através da fórmula:
V = Espaço / Tempo
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Método do flutuador
Como existe uma variação vertical da velocidade da água no canal, utiliza-se a tabela a seguir para determinar a velocidade média da água em todo o perfil
 
(Vmédia = Vflutuador x K).
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Exemplo: Pretende-se medir a vazão de um rio através do método do flutuador. Para tanto, foi delimitado um trecho de 15 m, que foi percorrido pelo flutuador em 30, 28 e 32 s. A seção transversal representativa do trecho está na figura. Determine: a) a seção de escoamento; b) a velocidade média do flutuador; c) a velocidade média do rio; d) a vazão do rio.
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Vertedores
Vertedores são aberturas feitas na parte superior de uma parede ou placa, por onde o líquido escoa. Sua principal utilização se dá na medição e controle da vazão em canais.
Cuidados na instalação do vertedor:
- a carga hidráulica (H) não deve ser inferior e nem superior a 60 cm;
- a carga hidráulica (H) deve ser medida a uma distância do vertedor equivalente a 4H. Na prática adota-se uma distância de 1,5 m;
- a distância do fundo do canal à soleira do vertedor deve ser no mínimo, 2H;
- o nível de água à jusante deve ficar, no mínimo, 10 cm abaixo da soleira do vertedor.
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Vertedores
Vertedor Retangular (parede delgada)
Os vertedores retangulares são muito utilizados para medir e controlar a vazão de canais de irrigação. Os vertedores podem ser divididos em duas categorias: sem e com contração lateral.
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EXEMPLO: Determine qual deve ser a largura da soleira em um vertedor trapezoidal para medir uma vazão de 1700 L/s com uma carga hidráulica de 50 cm.
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MEDIDORES DE VAZÃO EM TUBULAÇÕES
Hidrômetros
Hidrômetros são aparelhos utilizados para a determinação da vazão em tubos. O mais
comum é o hidrômetro de volume. Esse hidrômetro possui um compartimento que enche e esvazia continuamente, determinando assim o volume que escoa em um certo intervalo de tempo.
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Tubo de Venturi
O tubo venturi é um dispositivo de redução da seção de escoamento da tubulação, graças ao qual a carga piezométrica é transformada em carga de velocidade. Medindo-se esta queda de pressão pode-se calcular a velocidade de escoamento e, consequentemente, a vazão. A queda de pressão que se verifica entre a entrada do venturímetro e a garganta pode ser relacionada à vazão através da expressão:
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Diafragma (Orifício)
O diafragma consiste em uma placa com um orifício instalada em uma tubulação. O
funcionamento é semelhante ao venturímetro. O aumento da velocidade de escoamento através do orifício implica em uma queda de pressão entre as faces de montante e jusante da placa. A equação do venturímetro para determinação da vazão pode ser utilizada para o diafragma, sendo adotado um Cv médio de 0,62.
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BARRAGENS DE TERRA
As barragens de terra são muros de retenção de água suficientemente impermeáveis,
construídos de terra e materiais rochosos locais, segundo mistura e proporção adequados.
Por questão de segurança, aconselha-se, nas barragens simples, uma altura máxima de 25 m.
Em áreas rurais utiliza-se a construção das barragens de terra para uma série de finalidades:
Irrigação;
Abastecimento da propriedade;
Criação de peixes;
Recreação;
Bebedouro;
Elevação de água (bombeamento);
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PRINCIPAIS ELEMENTOS DE UMA BARRAGEM DE TERRA
Conceitos básicos sobre barragens:
- Aterro: parte encarregada de reter a água (estrutura);
- Altura: distância vertical entre a superfície do terreno e a parte superior do aterro (crista);
- Borda livre ou Folga: distância vertical entre o nível da água e a crista do aterro;
- Taludes: faces laterais, inclinadas emeixo da barragem;
- Núcleo: muitas vezes, para efeito de segurança e com o objetivo de diminuir a infiltração,
usa-se colocar no centro do aterro um núcleo de terra argilosa, como se fosse um muro
(diminuir o caminhamento da água no corpo do aterro);
- Sangradouro: estrutura construída para dar escoamento ao excesso de água ou enxurrada
durante e após a ocorrência de chuvas (extravasor, vertedouro e ladrão);
- Dreno de pé: construído no talude de jusante para drenar a água do aterro;
 relação ao eixo do aterro;
- Crista do aterro: parte superior do aterro;
- Espelho d’água: superfície d’água acumulada no reservatório;
- Base ou saia do aterro: projeção dos taludes sobre a superfície do terreno;
- Cut-off: trincheira, alicerce ou fundação; construído no
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TIPOS DE BARRAGENS
A construção deste tipo de barragem requer grande volume de terra que deve estar
disponível próximo ao local da obra. O tipo de construção está condicionado, portanto à qualidade e quantidade do material disponível. Compete ao engenheiro procurar otimizar os recursos locais, que
podem variar entre os permeáveis (pedras soltas e areias) e os impermeáveis (argilas).
- BARRAGEM SIMPLES:
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BARRAGEM COM NÚCLEO:
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CARACTERÍSTICAS HIDROLÓGICAS
Para o correto dimensionamento de uma barragem é importante que o engenheiro realize o estudo das características hidrológicas do local. Informações importantes tais como as
características da bacia de contribuição, o regime do curso d’água e a intensidade de precipitação devem ser lavados em consideração no dimensionamento.
- Bacia de contribuição: Toda a área onde as águas de chuva descarregam ou são drenadas para uma seção do curso d’água”. Além da delimitação da bacia é importante se conheçam as suas características (relevo, solo e cobertura vegetal).
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Regime dos cursos d’água
A preocupação principal no estudo do regime de um curso d’água é a obtenção das vazões máximas que podem ocorrer. Esse excesso de água é proveniente do escoamento superficial.
Conjunto de suas características hidrológicas (vazão em função do tempo):
EFÊMEROS: ocorre durante e imediatamente após as precipitações
INTERMITENTES: duração coincidente com a época de chuvas
PERENES: fluem todo o tempo
Existem diversos métodos para a determinação da vazão máxima, dentre eles destacam-se: o método estatístico e a fórmula racional.
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Método para determinação da vazão máxima:
Fórmula racional: Através da fórmula racional pode-se estimar a vazão em função de dados de precipitação. É o método mais utilizado, devidoà facilidade de uso e também por falta de dados para o uso de outros métodos. Esta fórmula considera que a precipitação ocorre com a intensidade uniforme durante um período igual ou superior ao tempo de concentração e que seja também uniforme em toda a área da bacia. Devido a estas considerações, a fórmula racional só deve ser utilizada em áreas pequena (menores que 60 ha).
Q – vazão máxima (m3/s);
C – Coeficiente de escoamento superficial;
I – Intensidade máxima de chuva durante o tempo de concentração, capaz de ocorrer com a freqüência do tempo de retorno desejado (5, 10, 25 anos), mm/h;
A - Área da bacia (ha);
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Coeficiente de escoamento superficial: Fração da chuva que escorre até atingir o fim da área, dado em função da topografia, cobertura e tipo de solo.
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Tempo de Concentração: tempo necessário para que toda a bacia esteja contribuindo para o escoamento superficial.
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Intensidade de precipitação: O valor da precipitação a ser utilizado na determinação da vazão máxima, deve ser de acordo com o tempo de concentração da bacia de contribuição (Tc) e o tempo de retorno da precipitação (TR). A determinação da intensidade de precipitação é realizada através do estudo das séries históricas locais, ou quando disponível, através de equações que relacionam intensidade de precipitação com Tempo de Concentração e Tempo de Retorno para a localidade em estudo.
Tempo de retorno: Período que leva para uma precipitação ser igualada ou superada pelo menos uma vez. A fixação do tempo de retorno baseia-se em critérios econômicos. Em geral, leva-se em consideração a vida útil da obra, a facilidade de reparos e o perigo oferecido à vida humana. Normalmente para projetos agrícolas de drenagem e construção de barragens adota-se um tempo de retorno entre 10 e 25 anos.
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DIMENSIONAMENTO DA BARRAGEM
O dimensionamento de uma barragem de terra consiste em determinar as suas dimensões (aterro, vertedouro, tomada d’água e desarenador).
Os passos para o dimensionamento de uma barragem são:
- Escolha do local
- Levantamento plani-altimétrico
- Volume de água armazenada
- Altura da barragem
- Largura da crista
- Comprimento da projeção dos taludes
- Cálculo do volume de terra
- Vertedouro
- Esvaziamento da represa
- Tomada d’água
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Escolha do local
Para a escolha do local para a construção da barragem devem ser analisados diversos fatores:
- deve ser feito um estudo das camadas do subsolo, ou seja, determinação do material onde se vai trabalhar, profundidade do solo firme, presença de pedras, tocos e raízes de árvores;
- se o local da construção possuir uma camada de argila mole, deve ser feita uma boa drenagem dessa argila, para evitar deslizamentos da fundação;
- barragens não devem ser assentadas sobre rochas, pois solo e rocha não formam uma boa liga, havendo risco de deslizamento;
- evitar locais onde haja rochedos e afloramento de rochas;
- no caso de locais rochosos recomenda-se barragens de alvenaria;
- na presença de solos permeáveis, há a necessidade da construção do núcleo central impermeável;
- não se deve localizar a barragem em nascentes, vertentes ou em antigos desmoronamentos, pois estes lugares indicam condições de solo instável;
- procurar um estreitamento para que a barragem seja a mais curta possível;
- escolher um local que possibilite o aproveitamento da carga hidráulica criada com a elevação da água;
- a construção deve ser localizada próxima de locais onde haja solos de boa qualidade (textura média). O barro de textura fina tende a rachar quando seco e a areia de textura grossa não retém água;
- facilidade de acesso ao local da obra;
- a área a ser inundada deve ser espraiada, coma alargamento a montante, o que permite um maior acúmulo de água;
- o reservatório não deve ser muito raso para evitar o aparecimento de plantas aquáticas;
- deve-se evitar a localização do reservatório sobre solos que permitam muita infiltração;
- levando-se em consideração que as árvores e arbustos devem ser removidos do local do reservatório é necessário ter em conta a densidade deste tipo de vegetação (custo da derrubada).
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Levantamento plani-altimétrico
O levantamento tem por objetivo um melhor conhecimento da área onde se vai construir a
barragem. Normalmente utiliza-se o levantamento do eixo da barragem e de seções intermediárias transversais ao eixo, com levantamento de curvas de nível (normalmente de metro por metro) em toda a área a ser inundada pela represa.
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Volume de água armazenada
O cálculo do volume acumulado pode ser obtido pela equação abaixo:
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Altura da Barragem
A altura da barragem depende do volume total de água a ser acumulado. Para determinação da altura da barragem leva-se em consideração a altura normal de água (Hn), a altura de água no ladrão (HL) e a folga total. A folga total é obtida com a soma do valor da tabela abaixo com a altura das possíveis ondas que poderão se formar.
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Largura da crista
A largura da crista deve ser sempre maior que 3 m, uma vez que, normalmente, utiliza-se o aterro como estrada. Na tabela a seguir apresenta-se uma sugestão de valores da crista em função da altura da barragem.
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Taludes
A inclinação do talude é definida com base no material que será construído o aterro.
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Cálculo do volume de terra
É de grande importância o conhecimento do volume total de aterro da barragem, pois o
custo da obra se baseia, principalmente, em gastos com horas-máquinas que são utilizadas na escavação, transporte, movimentação e compactação da terra que será utilizada na construção da barragem. Um método bastante utilizado é o método expedito.
- Método expedito:
Neste método calcula-se a largura média transversal do aterro e multiplica-se pela área da seção do local onde será construído o aterro.
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Extravasor
O extravasor é um dispositivo de segurança, que tem a finalidade de eliminar o excesso de água quando a vazão assumir valores que tornem perigosa a estabilidade da barragem ou impedir que o nível de água suba acima de uma certa cota.
O extravasor deve ter capacidade suficiente para permitir o escoamento máximo que pode ocorrer na seção considerada. A vazão de dimensionamento deve ser igual à máxima vazão do curso de água, o que ocorre por ocasião das cheias.
Os passos para o dimensionamento do extravasor são:
- Delimitar a bacia de contribuição;
- Determinar o coeficiente de escoamento superficial;
- Com base no tempo de retorno e no tempo de concentração da bacia, determinar a
intensidade de precipitação;
- Pela fórmula racional, calcular a vazão máxima de escoamento superficial;
- Determinar as dimensões do extravasor para transportar a vazão máxima.
Na determinação das dimensões do extravasor não esquecer dos limites da velocidade de escoamento.
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Tomada d’água e desarenador
- Desarenador:
O desarenador tem o objetivo de esvaziar a represa e eliminar o material decantado. O material do desarenador deve ser impermeável e resistente à pressão do aterro. É a primeira estrutura construída na implantação do projeto, pois, após a sua construção, o curso d’água será desviado para o seu interior, facilitando os trabalhos de elevação da barragem.
A dimensão do desarenador é determinada com base no tempo que se deseja esvaziar a represa. No dimensionamento, consideramos o desarenador como um tubo. Através das fórmulas de perda de carga determina-se qual deve ser o diâmetro. A perda de carga irá corresponder à carga hidráulica sobre o tubo. No caso do desarenador, como a carga é variável, tira-se a média da carga
hidráulica inicial com a final.A vazão é determinada com a fórmula a seguir:
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Tomada d’água:
Tomada d’água é a estrutura utilizada para a captação e aproveitamento da água represada. Assim como o desarenador, através das fórmulas de perda de carga determina-se qual deve ser o diâmetro da tomada d’água. A perda de carga irá corresponder à carga hidráulica sobre o tubo. A vazão é determinada com base na finalidade da tomada d’água.
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Felicidades e boa AV 3 para todos...
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Há 45 anos, nossa vida é transformar a sua.
Obrigado.
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