Aula 9 1 Barragens

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Revisão: 00 
Professor: Tadeu Torquato 
tjtorquato@gmail.com 
2 2 
Materiais de construção 
Os materiais que devem ser pesquisados, devido à sua grande utilização, 
basicamente são: 
i. agregados: para concreto; 
ii. solos: para aterros; e 
iii. pedras: para os enrocamentos e rip-rap 
O custo global de uma barragem é grandemente influenciado pelo transporte 
dos materiais empregados na sua construção. É, portanto, um importante fator 
de economia a escolha do tipo de barragem tendo em vista os materiais 
disponíveis nas imediações da obra, diminuindo assim as distâncias de 
transporte. 
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3 3 
Materiais de construção 
Além de pesquisar os materiais naturais disponíveis à distância razoáveis da 
construção, o projetista deve procurar utilizar os materiais escavados na própria 
obra. Com um cronograma adequado, pode-se evitar o depósito do material, 
utilizando-o com mínimo transporte e garantindo uma grande economia. 
Os primeiros podem ser obtidos em jazidas naturais (areia, cascalho), ou 
beneficiando-se rochas provenientes de pedreiras ou de escavações 
obrigatórias. As pedras para os enrocamentos ou rip-rap podem ser obtidas das 
escavações obrigatórias, executadas para a implantação de estruturas de 
concreto ou para abertura de túneis. 
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4 4 
Dimensões e locação dos vertedouros 
Em situações tais que o potencial de cheias do rio é elevado, estes elementos 
poderão ser significativamente representativos, e até mesmo dominantes, 
levando a barragem a uma posição secundária. 
A dimensão e locação destes elementos são condicionadas pela hidrologia e 
topografia do sitio, independentemente do tipo de barragem. A magnitude das 
vazões que este elemento deverá dar passagem determina o tipo de vertedouro 
adequado ao local. 
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5 5 
Dimensões e locação dos vertedouros 
Nos casos de elevados custos pode-se optar por um arranjo que combine os 
descarregadores e a barragem, obtendo-se uma única estrutura de concreto 
denominada barragem-vertedouro; 
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Uma solução interessante e comumente empregada é lacrar-se o vertedouro em 
uma região isolada da barragem, escavando-se um canal ou aproveitando-se 
uma condição topográfica natural. 
6 6 
Condições ecológicas 
Os principais cuidados a serem tomados, visando-se diminuir ou eliminar os 
riscos de danos temporários ou permanentes, 
A proteção do meio ambiente vem ganhando uma posição de destaque através 
dos tempos; 
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i. evitar a erosão e transporte de sedimentos das jazidas em exploração; 
ii. conformar os locais explorados, tanto jazidas como bota-foras, dando a eles 
formas suaves que não agridam a paisagem existente; 
iii. dotar o aproveitamento de recursos que possibilitam a continuidade da de 
existência da biocenose que até então havia no sistema. 
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BIBLIOGRAFIA 
AULA 9.1 - BARRAGENS 
Curso gratuito sobre Legislação e Segurança de Barragens, EAD do Instituto 
Minere. Direcionado para legislação de barragens de mineração. 
 
https://institutominere.com.br/curso-legislacao-seguranca-de-barragens-
gratuito-ead 
Histórico de acidentes em barragens de rejeitos, observa-se que o 
quantitativo é muito maior do que imaginamos. 
 
http://www.wise-uranium.org/mdaf.html 
8 8 
BIBLIOGRAFIA 
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9 9 
Modos de Falha 
AULA 9.1 - BARRAGENS 
M
o
d
o
s 
d
e 
Fa
lh
a 
Estabilidade 
Hidrológico 
Erosão Interna 
(piping) 
Liquefação 
10 10 
Estudos hidrológicos 
Ocorre quando o vertedouro não tem 
capacidade suficiente frente a uma cheia de 
projeto e a água verte sobre a crista da 
barragem; 
Um dos mecanismos de ruptura em barragens 
de terra é o GALGAMENTO. 
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Inicia-se a erosão do talude de jusante da 
barragem que pode resultar na formação da 
brecha de ruptura de forma regressiva e 
ruptura global do barramento. 
11 11 
Galgamento - Causas 
Conformação da praia de rejeitos fora dos limites especificados em projeto ou 
lançamento inadequado de rejeitos no reservatório, redução do volume livre 
para laminação de cheias; 
Má operação do reservatório e do vertedouro durante a ocorrência de uma 
cheia de projeto; 
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Ocasião de uma cheia extraordinária, para o qual o vertedouro não tenha 
capacidade hidráulica; 
Deformação excessiva do maciço, com recalque da crista; 
Formação de uma onda induzida dentro do reservatório. 
Fases: Operação e monitoramento 
Fases: Projeto e construção 
Fase: Monitoramento? 
12 12 
Galgalmento - Histórico 
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Galgamento - Histórico 
Em função de um evento hidrológico, em que a 
precipitação foi superior a 635 mm em menos 
de uma semana, houve a formação de uma 
brecha na estrutura, ocasionando um 
galgamento; 
No Brasil, o pior acidente ocorrido com 
barragens foi a ruptura do açude de Orós, no 
Ceará, em 1960; 
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Aproximadamente 1000 pessoas morreram em função deste acidente; 
Fases: Projeto e construção 
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Galgamento - Histórico 
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15 15 
Estudos hidrológicos 
CARACTERIZAÇÃO FISIOGRÁFICA DA BACIA 
A caracterização da área, perímetro, forma, densidade de drenagem, declividade 
do rio, tempo de concentração, cobertura vegetal, uso, ocupação e relevo, 
auxiliam na interpretação dos resultados dos estudos hidrológicos e permitem 
estabelecer relações e comparações com outras bacias conhecidas. 
 Análise hidrológica do evento hidrológico atrelado ao Tempo de Retorno; 
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Esses aspectos têm influência direta no comportamento hidrometeorológico da 
bacia em estudo e, conseqüentemente, no regime fluvial e sedimentológico do 
curso d’água principal. 
Qmáx -> Tempo de retorno 
16 16 
Estudos hidrológicos 
 Área de Drenagem 
A área de drenagem de uma bacia é a projeção em um plano horizontal da 
superfície contida entre seus divisores topográficos. É obtida através de 
planimetria clássica ou processos computacionais, em plantas de localização, e 
expressa, comumente, em km² ou ha; 
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Perímetro 
É o comprimento linear do contorno do limite da bacia, expresso geralmente em 
km. 
17 17 
Estudos hidrológicos 
 Forma da Bacia 
Para a caracterização da forma de uma bacia são utilizados índices que buscam 
associá-la com formas geométricas conhecidas. O índice ou coeficiente de 
compacidade, Kc, é a relação entre o perímetro da bacia e a circunferência de 
um círculo de área igual à da bacia, ou seja: 
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O índice de compacidade é uma medida do grau de irregularidade da bacia, já 
que para uma bacia circular ideal ele é igual a 1,0. Desde que outros fatores não 
interfiram, quanto mais próximo da unidade for o índice de compacidade maior 
será a potencialidade de ocorrência de picos elevados de enchentes. 
P perímetro da bacia, em km. 
A área de drenagem da bacia, em km². 
18 18 
Estudos hidrológicos 
O índice de conformação ou fator de forma, Kf, é a relação entre a área da bacia 
hidrográfica e o quadrado de seu comprimento axial, medido ao longo do curso 
d'água principal, desde a foz até a cabeceira mais distante, próxima do divisor 
de águas da bacia: 
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O índice de conformação relaciona a forma da bacia com um retângulo. Numa 
bacia estreita e longa, a possibilidade de ocorrência de chuvas intensas cobrindo, 
ao mesmo tempo, toda sua extensão, é menor que em bacias largas e curtas. 
Desta forma, para bacias de mesmo tamanho, será menos sujeita a enchentes 
aquela que possuir menor fator de forma. 
L comprimentoaxial da bacia, ou comprimento 
total do curso d’água principal, em km 
A área de drenagem da bacia, em km². 
19 19 
Estudos hidrológicos 
Densidade de Drenagem 
A densidade de drenagem, Dd, é a relação entre o comprimento total dos cursos 
d'água de uma bacia e a sua área total. Este índice fornece uma indicação da 
eficiência da drenagem, ou seja, da maior ou menor velocidade com que a água 
deixa a bacia hidrográfica. 
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Em uma bacia com que a densidade de drenagem seja superior a 3,5 km/km², o 
deflúvio atingirá rapidamente o curso d'água principal e haverá, provavelmente, 
picos de enchentes altos e deflúvios de estiagem baixos. Diz-se que essas bacias 
são bem drenadas. Quando este índice for da ordem de 0,5 km/km², a drenagem 
é considerada pobre. 
LT comprimento total dos cursos d'água da bacia, 
em km; 
A área de drenagem da bacia, em km². 
20 20 
Estudos hidrológicos 
Declividade do Rio 
A velocidade de escoamento de um rio depende da declividade dos canais 
fluviais. Quanto maior a declividade, maior será a velocidade de escoamento e 
mais pronunciados e estreitos serão os hidrogramas das enchentes. A 
declividade média é obtida dividindo-se o desnível entre a nascente e a foz pela 
extensão total do curso d'água principal. 
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S declividade média, em m/km; 
H diferença entre cotas do ponto mais afastado e o 
considerado, em m; 
L comprimento axial da bacia, ou, comprimento 
total do curso d’água principal, em m. 
21 21 
Estudos hidrológicos 
Tempo de Concentração 
O tempo de concentração mede o tempo necessário para que toda a bacia 
contribua para o escoamento superficial numa seção considerada, ou seja, é o 
tempo em que a gota que se precipita no ponto mais distante da seção 
transversal considerada de uma bacia, leva para atingir essa seção. 
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tc tempo de concentração, em horas; 
H diferença entre cotas do ponto mais afastado e o 
considerado, em m; 
L comprimento axial da bacia, ou comprimento 
total do curso d’água principal, em km. 
22 22 
Estudos hidrológicos 
Séries de vazões médias mensais 
Deverá ser estabelecida para o local do aproveitamento uma série de vazões 
médias mensais derivada de uma série histórica de um posto localizado no 
mesmo curso d’água ou na mesma bacia, por correlação direta entre áreas de 
drenagem, limitada à diferença entre áreas de 3 a 4 vezes. 
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As séries históricas deverão possuir pelo menos 25 anos de registro. 
A1 área de drenagem do local do aproveitamento, em km²; 
A2 área de drenagem do posto existente, em km²; 
Q1 vazão do local do aproveitamento, em m³/s; 
Q2 vazão do posto existente, em m3/s. 
23 23 
Estudos hidrológicos 
Estudos de vazões extremas 
Os estudos de vazões extremas devem ser realizados conforme a 
disponibilidade de dados na bacia e na região do aproveitamento. Desta forma, 
existirão duas possibilidades de ocorrência: o local dispõe de uma série de 
vazões médias diárias ou o local não dispõe de dados diários. 
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Normalmente, para projeto de usinas hidrelétricas utiliza-se as séries 
fluviométricas. Para barragens de mineração, utiliza-se as séries pluviométricas. 
A análise de frequência de cheias tem como objetivo estabelecer a relação entre 
os valores de vazões máximas e os tempos de retorno ou de recorrência a elas 
associados. 
24 24 
Estudos hidrológicos 
Riscos 
Uma vez definidas as vazões de cheias associadas a diversos tempos de 
recorrência (T), deverão ser avaliados os riscos a serem adotados nos projetos 
das obras de desvio e do vertedouro. 
AULA 9.1 - BARRAGENS 
r probabilidade ou risco de ocorrência, pelo menos uma 
vez, da cheia adotada; 
T tempo de recorrência, em anos; 
n tempo de duração da obra, em anos. 
25 25 
Estudos hidrológicos 
Projeto das Estruturas Extravasoras 
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Em geral, recomenda-se a adoção do tempo de recorrência de 500 anos para o 
caso de estruturas galgáveis, ou seja, de concreto. 
Para outras situações, como por exemplo barragem de terra, admite-se um 
tempo de recorrência maior, ou seja, de 1.000 anos, no mínimo. 
Tempo de recorrência 
(T – anos) 
Vida Útil da Usina 
(
n
– anos) 
Risco 
(r - %) 
Caso 
500 50 9,5 Geral 
1.000 50 4,9 Perigo de sérios danos materiais a jusante 
10.000 50 0,5 Perigo de danos humanos a jusante. 
 
26 26 
Dimensionamento do Vertedouro 
O vertedouro deverá ser dimensionado para descarregar a vazão de projeto 
(Qmáx) determinada segundo os “Estudos Hidrológicos”; 
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De forma geral, podem ser definidos três tipos básicos de solução para o 
extravasamento do excesso de água afluente ao local do aproveitamento: 
i. por um canal lateral, em cota elevada em relação ao leito natural do rio, com 
soleira vertedoura a jusante; 
ii. por sobre o próprio corpo da barragem, ao longo de toda a extensão da 
crista ou parte dela; 
iii. através da combinação dos tipos acima citados. 
27 27 
Dimensionamento do Vertedouro 
Para o vertedouro em canal, com seção trapezoidal, deve-se considerar as 
características geológico-geotécnicas do local onde o mesmo será implantado. 
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1. Fixar como cota do fundo do canal extravasor a elevação do NA máximo 
normal de operação do reservatório. 
2. Definir a inclinação dos taludes (m), com base nas características geotécnicas 
do material do terreno, que garanta a estabilidade do canal. 
28 28 
Dimensionamento do Vertedouro 
3. Fixar, inicialmente, a lâmina d’água máxima (hmáx) no canal igual a 1,0 m;. 
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4. Fixar a velocidade máxima admissível no canal (Vmáx), a partir, também, das 
características geotécnicas do material do terreno. 
5. Determinar a largura necessária do canal (b), a partir da vazão de projeto, da 
velocidade máxima admissível e da lâmina d’água fixada. 
29 29 
Dimensionamento do Vertedouro 
i. Verificar a viabilidade da execução do canal com a largura necessária 
calculada. 
AULA 9.1 - BARRAGENS 
ii. Verificar a possibilidade de aumentar o tirante d’água máximo fixado, o que 
possibilitará diminuir a largura do canal; 
iii. Verificar a hipótese de usar uma largura menor. Nesse caso, como a 
velocidade será maior, deve-se revestir o canal com material compatível com 
a velocidade máxima esperada; 
iv. Verificar o extravasamento por sobre a barragem; 
30 30 
Dimensionamento do Vertedouro 
O tirante (carga) de água sobre a soleira (hsol) deverá ser calculado a partir da 
expressão a seguir: 
AULA 9.1 - BARRAGENS 
O tirante crítico sobre a soleira (hc), que corresponde ao mínimo da energia 
específica, deve também ser calculado para comparação com hsol, através da 
expressão: 
A altura mínima da soleira é adotada igual a 0,5 m. O comprimento da soleira 
(Lsol) é adotado igual a 2,5 hsol; 
31 31 
Dimensionamento do Vertedouro 
Os revestimentos para construção da soleira devem ser estáveis quando 
submetidos à velocidade máxima do escoamento (Vmáx) por sobre a soleira, que 
deve ser estimada da seguinte forma: 
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Para o dimensionamento da escada de dissipação de energia recomenda-se que 
o comprimento de cada degrau seja no mínimo igual ao dobro da altura do 
mesmo. 
A escada deve ter a mesma largura do canal extravasor, devendo se desenvolver 
desde o final do canal até a calha do rio, protegendo o talude da margem contra 
erosão; 
32 32 
Dimensionamento do Vertedouro 
Barragem Vertedoura de Concreto 
O roteiro de cálculo é o mesmo apresentado anteriormente, à exceção do 
coeficiente de vazão que, neste caso, é da ordem de 2,0. 
AULA 9.1 - BARRAGENS 
b = largura da crista da soleira, em (m). 
33 33 
Dimensionamentodo Vertedouro 
AULA 9.1 - BARRAGENS 
34 34 
Dimensionamento do Vertedouro 
AULA 9.1 - BARRAGENS 
35 35 
Dimensionamento do Vertedouro 
AULA 9.1 - BARRAGENS 
Grau de 
Compactação 
Muito Pouco 
Compactado 
Pouco 
Compactado 
Compactado Muito 
Compactado 
ÍNDICE DE VAZIOS (IV) 1,2 < IV < 2,0 0,6 < IV < 1,2 0,3 < IV < 0,6 0,2 < IV < 0,3 
Argila arenosa(% de areia < 
50%) 
0,45 0,90 1,30 1,80 
Solos argilosos 0,35 0,80 1,20 1,65 
 
II - MATERIAIS COESIVOS 
36 36 
Borda Livre Normal da Barragem 
Tem como finalidade absorver os efeitos de ondas provocadas pelo vento. Para 
barragens de terra, o mínimo deverá ser de 3,0 m e de concreto, de 1,50 m. 
Para ensecadeiras, a borda livre mínima deverá ser de 1,0 m, 
 
AULA 9.1 - BARRAGENS 
Borda Livre Mínima 
Para barragens de terra ou enrocamento, a borda livre mínima acima do Nível 
Máximo de Cheia no reservatório deverá ser de 1,0 m e, para barragens de 
concreto, de 0,5 m. 
37 37 
Dimensionamento do Vertedouro 
AULA 9.1 - BARRAGENS 
38 38 
Dimensionamento do Vertedouro - Exemplo 
AULA 9.1 - BARRAGENS 
1. Dimensionar um canal extravasor lateral com soleira vertedoura ao final, 
dados: 
• Qmáx = 30 m³/s 
• material do local: solo muito compactado, com grande quantidade de argila. 
 pode-se fixar m = 0,75: 
 considerando-se hmáx = 1 m, 
admite-se Vmáx = 1,7 m/s. 
39 39 
Dimensionamento do Vertedouro - Exemplo 
AULA 9.1 - BARRAGENS 
Assim, a largura de fundo 16,9 m é adequada para o canal sem revestimento. 
40 40 
Dimensionamento do Vertedouro - Exemplo 
AULA 9.1 - BARRAGENS 
Supondo-se que a largura calculada, em função dos aspectos locais, seja 
excessiva e, por exemplo, admitindo-se que a largura máxima seja 10 m, 
estudar-se-ia o aumento da lâmina prevista para o canal. 
 Experimenta-se então um hmáx = 1,5 
m. 
 correção da velocidade admissível no 
canal (tendo em conta o tirante de 1,5 m. 
 Assim: 
 Dai: 
41 41 
Dimensionamento do Vertedouro - Exemplo 
AULA 9.1 - BARRAGENS 
Como alternativa pode-se verificar as condições de funcionamento do canal 
com largura de 10 m e tirante máximo de 1 m. 
O canal seria estável se fosse revestido 
com pedras de 10 a 15 cm. 
42 42 
Dimensionamento do Vertedouro - Exemplo 
AULA 9.1 - BARRAGENS 
1. Dimensionar um canal extravasor lateral com soleira vertedoura ao final, 
dados: 
• Qmáx = 100 m³/s 
• material do local: concreto; 
• admite-se Vmáx = 5 m/s. 
 pode-se fixar m = 0: 
 considerando-se hmáx = 1 m. 
43 43 
Dimensionamento do Vertedouro - Exemplo 
AULA 9.1 - BARRAGENS 
Assim, a largura de fundo 20 m é adequada para o canal revestimento de 
concreto. 
44 44 
Dimensionamento do Vertedouro - Exemplo 
AULA 9.1 - BARRAGENS 
Supondo-se que a largura calculada, em função dos aspectos locais, seja 
excessiva e, por exemplo, admitindo-se que a largura máxima seja 10 m, 
estudar-se-ia o aumento da lâmina prevista para o canal. 
 Experimenta-se então um hmáx = 2,0 
m. 
 correção da velocidade admissível no 
canal (tendo em conta o tirante de 1,5 m. 
 Assim: 
 Dai: 
45 45 
Dimensionamento do Vertedouro - Exemplo 
AULA 9.1 - BARRAGENS 
Você foi contrato para ser o projetista hidrológico de uma barragem. A 
estrutura possui as seguintes características: 
Qmáx = 150m³/s; 
Barragem de terra na elevação 950m em relação ao nível do mar; 
Considerar borda livre de 3m; 
Vertedouro em concreto com Vmáx de 6m/s; 
Largura máxima do vertedouro de 8m. 
Quais as dimensões do vertedouro? 
 
Qual a elevação da soleira do vertedouro? 
46 46 
Obrigado! 
Tadeu Torquato 
tjtorquato@gmail.com 
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