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DIMENSIONAMENTO DE
VERTEDOURO PARA UHE DO
RIO PASSO FUNDO E
ANÁLISE COM A ESTRUTURA
EM FUNCIONAMENTO
Engenharia Civil
Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões (URI)
75 pag.
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UNIVERSIDADE REGIONAL INTEGRADA DO ALTO URUGUAI E DAS MISSÕES 
PRÓ-REITORIA DE ENSINO, PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO 
CAMPUS DE ERECHIM 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIAS E CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO 
ENGENHARIA CIVIL 
 
 
 
 
 
JOCIANE KOBIESKI 
 
 
 
 
 
 
 
 
DIMENSIONAMENTO DE VERTEDOURO PARA UHE DO RIO PASSO FUNDO E 
ANÁLISE COM A ESTRUTURA EM FUNCIONAMENTO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ERECHIM - RS 
2018
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JOCIANE KOBIESKI 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DIMENSIONAMENTO DE VERTEDOURO PARA UHE DO RIO PASSO FUNDO E 
ANÁLISE COM A ESTRUTURA EM FUNCIONAMENTO 
 
 
 
Projeto final de curso II apresentado como 
requisito parcial à obtenção do grau de 
Engenheiro Civil, Departamento de 
Engenharias e Ciência da Computação da 
Universidade Regional Integrada do Alto 
Uruguai e das Missões – Campus de 
Erechim. 
 
Orientador: Prof. Dr. Marco Antonio 
Sampaio Ferraz de Souza 
 
 
 
 
 
 
 
ERECHIM - RS 
2018 
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JOCIANE KOBIESKI 
 
 
 
 
 
DIMENSIONAMENTO DE VERTEDOURO PARA UHE DO RIO PASSO FUNDO E 
ANÁLISE COM A ESTRUTURA EM FUNCIONAMENTO 
 
 
 
Projeto final de curso II apresentado como 
requisito parcial à obtenção do grau de 
Engenheiro Civil, Departamento de 
Engenharias e Ciência da Computação da 
Universidade Regional Integrada do Alto 
Uruguai e das Missões – Campus de 
Erechim. 
 
Erechim, 21 de novembro de 2018. 
 
 
BANCA EXAMINADORA 
____________________________________ 
Prof. Dr. Marco Antonio Sampaio Ferraz de Souza 
Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões – Campus de Erechim. 
 
____________________________________ 
 
Profa. MSc. Roberta Neumeister 
Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões – Campus de Erechim. 
 
____________________________________ 
Profa. MSc. Suelen Cristina Vanzetto 
Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões – Campus de Erechim. 
 
____________________________________ 
Profa. MSc. Suelen Cristina Vanzetto 
Coordenadora Trabalho de Final de Curso 
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Dedico este trabalho à minha família. 
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AGRADECIMENTOS 
 
Agradeço aos meus pais, minha irmã e meus irmãos por acreditar em mim e alavancar 
em todos os aspectos minha trajetória até aqui. Em sua simplicidade apoiaram-me em todos os 
momentos, acreditaram em mim e ajudaram em tudo o que estava a seu alcance. 
Em especial agradeço ao meu orientador, Dr. Marco Antonio Sampaio Ferraz de Souza, 
graduado em Engenharia Mecânica pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho 
(2006), mestrado em Engenharia Aeronáutica e Mecânica pelo Instituto Tecnológico de 
Aeronáutica (2009) e doutorado em Engenharia Mecânica pela Universidade Estadual de 
Campinas (2013), que esteve sempre presente me auxiliando neste projeto. Conduziu-me com 
sabedoria e liderança, indicando-me o melhor caminho a seguir. 
Agradeço a um amigo distante, que faço questão de elencar sua trajetória como 
engenheiro civil, formado pela UnB- Universidade de Brasília, com 40 anos de experiência em 
projetos de usinas hidrelétricas, Geraldo Magela Pereira. Suas obras, com linguagem objetiva, 
clara e de fácil compreensão me motivaram ao tema deste trabalho e o direcionamento de minha 
carreira. 
Agradeço também, a cordialidade dos funcionários do grupo Engie que me 
acompanharam nas visitas técnicas na UHE Passo Fundo, fornecendo-me material e 
respondendo aos meus questionamentos a respeito do estudo em questão. 
Enfim, meu muito obrigada a todos os amigos que de alguma forma direta ou 
indiretamente estiveram presentes nesta caminhada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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“Eu vi o anjo no mármore e esculpi até que o 
libertei.” 
(Michelangelo) 
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RESUMO 
 
O presente trabalho teve como objetivo analisar e verificar, no nível final do curso, o 
dimensionamento do vertedouro da barragem de Passo Fundo, inaugurado em 1973, a fim de 
comparar com a estrutura existente e em operação, além de mencionar os dispositivos. para a 
dissipação de energia. Nessa perspectiva, optou-se por uma análise de suas classificações, 
quanto ao trecho típico, quanto às condições de operação, à posição em elevação, à posição em 
planta no arranjo e ao canal de descarga do talude, com a intenção de afilar o modelo ideal para 
a UHE em voga. Neste contexto, a fim de promover o bom funcionamento hidráulico de seus 
estudos, esta estrutura inclui cinco elementos distintos: canal de entrada, estrutura de controle, 
canal de descarga, dissipador de energia e retorno do fluxo para o canal do rio. Para isso, este 
projeto utiliza os critérios recomendados pela Eletrobrás, bem como referências relacionadas e 
visitas técnicas à UHE. Resultou em um vertedouro com dimensões muito diferentes da atual, 
levando em conta uma relação de altura e largura das comportas de 1,20, ideal para um melhor 
funcionamento. Assim, houve uma redução notável no consumo de concreto. Considerando o 
mesmo perfil de ogiva, houve uma diferença de aproximadamente 35%, consequentemente, 
uma redução nos custos de construção. 
 
Palavras-Chave: Vertedouro. Barragem. Usina hidrelétrica. Dimensionamento. 
 
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ABSTRACT 
 
 
 
The present work had as objective to analyze and verify, at the final level of the course, the 
shedding of the spillway of the Passo Fundo dam, inaugurated in 1973, in order to compare 
with the existing structure and in operation, besides mentioning the devices. for energy 
dissipation. From this perspective, we opted for an analysis of their classifications, regarding 
the typical section, regarding the conditions of operation, the position in elevation, the position 
in plan in the arrangement and the channel of discharge of the slope, with the intention to 
sharpen the model ideal for the UHE in vogue. In this context, in order to promote the proper 
hydraulic functioning of its studies, this structure includes five distinct elements: input channel, 
control structure, discharge channel, energy sink and return flow to the riverchannel. For this, 
this project uses the criteria recommended by Eletrobrás, as well as related references and 
technical visits to the HPP. It resulted in a spillway with very different dimensions from the 
current one, taking into account a ratio of height and width of the sluices of 1.20, ideal for a 
better functioning. Thus, there was a noticeable reduction in concrete consumption. 
Considering the same warhead profile, there was a difference of approximately 35%, 
consequently a reduction in construction costs. 
 
Keywords: Spillway. Dam. Hydroelectric plant. Sizing. 
 
 
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LISTA DE ILUSTRAÇÕES 
 
Figura 1 – Esquema típico de instalação de uma UHE ............................................................ 16 
Figura 2- Diagrama de classificação das usinas hidrelétricas .................................................. 17 
Figura 3 - Perfil Creager .......................................................................................................... 19 
Figura 4 - Vertedouro tipo tulipa de canal lateral ..................................................................... 19 
Figura 5 - Salto de esqui ........................................................................................................... 24 
Figura 6 - Concha de arremesso ............................................................................................... 24 
Figura 7 - Vertedouro em degraus com bacia de dissipação por ressalto hidráulico ............... 24 
Figura 8 - Bacia USBR I .......................................................................................................... 25 
Figura 9 - Bacia USBR II ......................................................................................................... 25 
Figura 10 - Bacia USBR III ...................................................................................................... 26 
Figura 11 - Barragem do Rio Passo Fundo .............................................................................. 28 
Figura 12 – Vertedouro em funcionamento .............................................................................. 30 
Figura 13 – Pilar do vertedouro da UHE Passo Fundo............................................................. 31 
Figura 14 - Fluxograma de cálculos ......................................................................................... 32 
Figura 15 - Croqui Ogiva Padrão ............................................................................................. 34 
Figura 16 - Coeficiente de descarga x a profundidade do canal de entrada ............................. 34 
Figura 17 – Coeficiente de contração do pilar kp ..................................................................... 35 
Figura 18 – Coeficiente de contração das ombreiras ka ........................................................... 36 
Figura 19 - Eixo e viga de apoio .............................................................................................. 37 
Figura 20 – Coeficiente de vazão variável ............................................................................... 39 
Figura 21 - Fluxo de rampa larga de arrastamento de ar .......................................................... 40 
Figura 22 – Pressões hidrodinâmicas sobre a estrutura ............................................................ 41 
Figura 23 – Coeficiente k de inclinação do talude de montante ............................................... 42 
Figura 24 – Coeficiente n de inclinação do talude de montante ............................................... 42 
Figura 25 – Geometria dos perfis de montante e jusante ......................................................... 43 
Figura 26 – Perfil da vazão na calha do vertedouro ................................................................. 44 
Figura 27 - Paramento à montante ............................................................................................ 46 
Figura 28 - Perfil à jusante ....................................................................................................... 48 
 
 
 
 
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LISTA DE TABELAS 
 
Tabela 1 – Tipos Aplicáveis por Estrutura/Objetivo ................................................................ 20 
Tabela 2 - Informações Técnicas –UHE Passo Fundo ............................................................. 29 
Tabela 3 - Comparativo entre os vertedouros ........................................................................... 49 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS 
 
Aneel Agência Nacional de Energia Elétrica 
CBDB Comitê Brasileiro de Barragens 
CCSU Centro de Controle de Supervisão de Usinas 
CEEE Companhia Estadual de Energia Elétrica 
CEPEL Centro de Pesquisas Elétricas da Eletrobrás 
CESPE Centro de Seleção e Promoção de Eventos 
EIH Estudo de Inventário Hidrelétrico 
Eletrobrás Centrais Elétricas Brasileiras 
Engie Grupo de Geração de Energia Elétrica 
EPE Empresa de Pesquisa Energética 
EVE Estudo de Viabilidade Econômica de Aproveitamentos Hidrelétricos – 
Eletrobrás 
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística 
IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas 
LP Licença Prévia 
NA Nível d’ água 
NBR Norma Brasileira 
SGH Superintendência de Gestão e Estudos Hidroenergéticos 
UHE Usina Hidrelétrica 
USBR United States Bureau of Reclamation 
VMP Vazão Máxima Provável 
 
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LISTA DE SÍMBOLOS 
 
A Área da comporta retangular [m²] 
AR Área do reservatório [m²] C̅ Ar concentrado [%] 
Cd Coeficiente de vazão variável [-] 
Cₒ Coeficiente de descarga [-] 
dA Elemento de área [m²] 
dAy Elemento de área em y [m²] 
dθ Variação em θ [-] 
FH Força horizontal [kN] 
FRCs Força resultante da comporta segmento [N] 
FV Força vertical [kN] 
g Aceleração gravitacional [m/s²] 
Gₒ Abertura da comporta [m] 
H Carga hidráulica [m] 
h Altura de carga hidráulica sobre o centro do orifício [m] 
Hₒ Carga de Projeto [m] 
Hd Carga de projeto em HDC [m] 
hₒ Carga de aproximação [m] 
ht Carga de velocidade [m] 
K Coeficiente do talude à montante [-] 
k Coeficiente de rugosidade [-] 
ka Coeficiente de contração das ombreiras [-] 
kp Coeficiente de contração dos pilares [-] 
L Comprimento efetivo da crista [m] 
l Comprimento do pilar até a coordenada x = 0 [m] 
L’ Comprimento líquido da crista do vertedouro [m] 
la Largura do pilar [m] 
N Número de pilares [-] 
n Constante que depende da inclinação do paramento de montante [-] 
p Pressão absoluta [kPa] 
pc Pressão em superfície submersa [Pa] 
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pₒ Pressão atmosférica [kPa] 
Q Vazão volumétrica referente à cheia de projeto [m³/s] 
q Capacidade de descarga do vertedouro [m³/s] 
R Raio da comporta [m] 
Ɽ Parâmetro de velocidade de subida do nível do reservatório [m/h] 
S Seno do ângulo de inclinação logo após o eixo da crista [°] 
Va Velocidade do escoamento no canal de aproximação [m/s] 
W Largura da comporta [m]x’ Linha de ação da força vertical [m] 
y Coordenada y em altura da comporta vertical [m] 
y’ Linha de ação da força horizontal [m] 
yc Coordenada do centro da comporta [m] 
Z Altura da cota inferior até a crista [m] 
θ Ângulo do raio da comporta em relação a carga de projeto [°] 
ρ Massa específica da água [kg/m³] 
 
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SUMÁRIO 
 
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 15 
1.1 Objetivos .......................................................................................................................... 15 
1.1.1 Objetivo geral .................................................................................................................. 15 
1.1.2 Objetivos específicos ....................................................................................................... 15 
2 REFERENCIAL TEÓRICO .............................................................................................. 16 
2.1 Transformação de energia potencial em energia hidrelétrica ...................................... 16 
2.2 Classificação das usinas hidrelétricas ............................................................................. 17 
2.3 Componentes de uma usina hidrelétrica ........................................................................ 17 
2.3.1 Vertedouros ..................................................................................................................... 18 
2.3.2 Comportas ........................................................................................................................ 20 
2.4 Dimensionamento hidráulico ........................................................................................... 22 
2.5 Dissipador de energia ....................................................................................................... 23 
2.5.1 Bacia de dissipação .......................................................................................................... 24 
2.6 Esforços atuantes à jusante de dissipadores .................................................................. 26 
3 METODOLOGIA ................................................................................................................ 27 
3.1 Dados sobre a barragem do rio Passo Fundo ................................................................ 27 
3.1.1 Funcionamento do vertedouro da UHE Passo Fundo ...................................................... 29 
3.2 Descrição do corpo do projeto ......................................................................................... 31 
3.2.1 Parâmetro de controle ...................................................................................................... 32 
3.2.2 Capacidade de descarga ................................................................................................... 33 
3.2.3 Localização das comportas .............................................................................................. 36 
3.2.4 Seleção das comportas ..................................................................................................... 37 
3.2.5 O Escoamento controlado pelas comportas ..................................................................... 38 
3.2.6 Pressões hidrodinâmicas sobre a estrutura ...................................................................... 41 
3.2.7 Paramento de jusante ....................................................................................................... 42 
3.2.8 Calha do vertedouro......................................................................................................... 43 
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ...................................................................................... 45 
4.1 Vertedouro livre ou controlado ....................................................................................... 45 
4.2 Capacidade de descarga ................................................................................................... 45 
4.3 Crista à montante do eixo ................................................................................................ 46 
4.4 Localização das comportas .............................................................................................. 46 
4.5 Definição das comportas .................................................................................................. 47 
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4.6 Pressões hidrodinâmicas sobre a estrutura .................................................................... 47 
4.7 Escoamento controlado pelas comportas ....................................................................... 47 
4.8 Paramento de jusante ....................................................................................................... 48 
4.9 Calha do vertedouro ......................................................................................................... 48 
4.10 Comparativo entre os vertedouros ................................................................................ 48 
5 CONCLUSÃO ...................................................................................................................... 51 
REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 52 
APÊNDICE A - MEMORIAL DE CÁLCULO ................................................................... 54 
ANEXO A ─ COMPORTA TIPO SEGMENTO ................................................................ 66 
ANEXO B ─ COMPORTA TIPO BASCULANTE ........................................................... 67 
ANEXO C ─ COMPORTA TIPO VAGÃO......................................................................... 68 
ANEXO D ─ COMPORTA TIPO SETOR .......................................................................... 69 
ANEXO E ─ COMPORTA TIPO TAMBOR ...................................................................... 70 
ANEXO F ─ FICHA TÉCNICA UHE PASSO FUNDO .................................................... 71 
 
 
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15 
 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
Do ponto de vista da geração de energia, a hidroeletricidade, é uma das menos 
impactante alternativa aplicável, além de ser limpa e renovável (PEREIRA, 2015, p. 23). Cada 
projeto, que transforma energia potencial em energia elétrica é um desafio de engenharia, no 
qual as equipes precisam trabalhar com as diferentes condições de cada local de forma 
integrada, para conceber um projeto funcional, econômico e ambientalmente sustentável. 
De maneira geral, dentre os componentes de uma usina hidrelétrica (barragem, 
vertedouro, tomada d’ água, canal de fuga e outros) que condicionam o arranjo geral das obras, 
destaca-se os vertedouros, que é o objeto principal desse estudo. 
Levando em consideração os dados da UHE do rio Passo Fundo, a qual foi inaugurada 
em 1973, é de suma importância observar os parâmetros contemporâneos em comparação à sua 
construção, há quase 50 anos. A partir disso, será dimensionado um vertedouro no qual atende 
aos mesmos estudos hidrológicos que dentre outras referências, sua estrutura deve atender, por 
obrigatoriedade, ao preconizado pela Eletrobrás. 
A saber, como objeto de estudo em questão, serão utilizados dados do grupo Engie, em 
relação à barragem referida, para a escolha de outro vertedouro, no qualserá analisado em 
comparação à estrutura em funcionamento. 
 
1.1 Objetivos 
1.1.1 Objetivo geral 
 
Dimensionar vertedouro alternativo para a barragem do rio Passo Fundo e comparar 
com a estrutura em funcionamento. 
 
1.1.2 Objetivos específicos 
 
a) Dimensionar através do preconizado pela Eletrobrás, um vertedouro capaz de 
suportar as altas velocidades e vazão do escoamento oriundas do reservatório do rio Passo 
Fundo; 
b) Citar os dispositivos mais adequados para a dissipação de energia do vertedouro; 
c) Comparar as diferenças existentes entre a estrutura dimensionada e a existente. 
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16 
 
 
 
2 REFERENCIAL TEÓRICO 
 
No presente capítulo são apresentados e abordados assuntos e conceitos referentes ao 
tema estudado extraídos das referências bibliográficas. 
 
2.1 Transformação de energia potencial em energia hidrelétrica 
 
Para melhor compreender o sistema gerador de energia elétrica, observe a Figura 1. O 
reservatório, é criado por uma barragem. A água que se encontra no reservatório possui uma 
energia potencial em comparação à água presente no rio. Essa água passa por tubulações da 
usina com muita força e velocidade, realizando a movimentação das turbinas. Nesse processo, 
ocorre a transformação de energia potencial (energia da água) em energia mecânica (movimento 
das turbinas). A casa de força abriga o conjunto formado pela turbina hidráulica e o gerador 
elétrico, os quais são acoplados a um eixo que é responsável, enfim, pela transformação da 
energia mecânica em energia elétrica. Posteriormente, há o desague das turbinas no rio. 
Resumidamente, com a usina em funcionamento, a energia hidráulica é convertida em energia 
mecânica pela turbina e esta, em energia elétrica pelo gerador (PEREIRA, 2015, p. 38). 
 
 Figura 1 – Esquema típico de instalação de uma UHE 
 
Fonte: Adaptado PEREIRA (2015) 
 
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17 
 
 
 
Há que se considerar, ainda de acordo com Pereira (2015, p. 39), os rendimentos da 
turbina em 90%, no gerador em 98%, e no conjunto em 88%. Igualmente, a queda bruta não é 
integralmente aproveitada devido às perdas de carga nos circuitos de adução e restituição, que 
são em geral, da ordem de 2% a 5% da queda bruta, dependendo das características do esquema 
de aproveitamentos. 
 
2.2 Classificação das usinas hidrelétricas 
 
Conforme Pereira (2015, p. 74, 76), as usinas hidrelétricas são classificadas em função 
do tipo de operação, do tipo de utilização e em função da queda, como mostra a Figura 2. 
 
 Figura 2- Diagrama de classificação das usinas hidrelétricas 
 
 Fonte: Autor (2018) 
 
2.3 Componentes de uma usina hidrelétrica 
 
De acordo com PEREIRA, (2015, p. 40), as principais estruturas que compõem uma 
usina hidrelétrica são: 
a) uma barragem, que fecha o rio para criar a carga hidráulica; 
b) um vertedouro, para extravasar as vazões que excedem as que são turbinadas; 
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18 
 
 
 
c) uma estrutura de tomada de água, um conduto forçado e uma casa de força 
(que abriga o conjunto turbina-gerador); 
d) um canal de fuga, pelo qual se restitui a água turbinada ao leito natural do rio, 
constituindo o circuito hidráulico de adução e geração. 
Segundo ele, outras estruturas podem fazer parte das obras, dependendo dos estudos e 
projetos, quando houver necessidade, como por exemplo escada para peixes e eclusas de 
navegação. 
Quanto aos equipamentos, além do conjunto turbina-gerador, citam-se os sistemas e 
equipamentos auxiliares (mecânicos e elétricos), os barramentos blindados, os transformadores, 
as subestações e a linha de transmissão (PEREIRA, 2015, p. 41). 
 
2.3.1 Vertedouros 
 
 “O vertedouro é a estrutura de aproveitamento hidrelétrico dimensionada para 
extravasar o volume das cheias que possam exceder a capacidade de armazenamento 
do reservatório, com o objetivo de proteger a barragem contra o galgamento. Ou seja, 
é a estrutura empregada para evitar que o nível de água máximo maximorum do 
reservatório seja ultrapassado” (PEREIRA, 2015, p. 237). 
 
Ele pode ser incorporado ao corpo do barramento principal, nas laterais ou separados 
(isolados) do barramento, posicionado nas ombreiras. 
De acordo com Costa (2010, p. 5) os vertedouros podem ser classificados: 
a) Quanto às seções típicas: 
- seções com paramento de montante vertical e paramento de jusante inclinado em perfil 
Creager como mostra a Figura 3, sobre o qual o escoamento flui; após o perfil Creager, pode-
se ter uma bacia de dissipação, uma calha (chute spillway) com salto de esqui no final. Esse 
perfil muitas vezes é em degraus (stepped spillways), sem controle de comportas; 
- seções de crista arredondada com jato em queda livre, ou em orifício com salto de 
esqui (ou jatos cruzados), nos casos das barragens em arco em vales estreitos; 
- seções em poço (shaft) tipo tulipa (morning glory spillway) (Figura 4); 
- seções em orifício (de fundo), em conduto (sob uma barragem ou em túnel); 
- seções em sifão, usadas quando é necessário verter automaticamente um excesso de 
vazão afluente para manter o nível de água de um reservatório em uma elevação especificada. 
 
 
 
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19 
 
 
 
 Figura 3 - Perfil Creager 
 
 Fonte: Costa (2010) 
 
 Figura 4 - Vertedouro tipo tulipa de canal lateral 
 
 Fonte: Costa (2010) 
 
b) Quanto às condições de operação: 
- os vertedores de serviço: destinado a descarregar as vazões mais frequentes; 
- vertedores de emergência: utilizado para descarregar apenas as grandes cheias. 
Em alguns casos executa-se um vertedor único e em outros casos é mais conveniente 
dispor-se de mais de um vertedor. 
c) Quanto à posição em elevação: 
- os vertedouros de superfície, livres ou controlados por comportas, permitem o 
rebaixamento do nível do reservatório até sua crista; 
Segundo Pinto (1987, p. 6-7), “Os vertedouros sem comportas têm maior largura total, 
produzem menores vazões efluentes, são de construção mais simples, oferecem uma abertura 
mais ampla, tem sua operação totalmente automática e um custo de manutenção ínfimo”. 
De acordo com Baptista e Coelho (2003, p. 354) os vertedores com comportas 
consistem, essencialmente, em soleiras situadas abaixo do nível normal das águas, dispondo-se 
de comportas para controle da vazão. Como o NA pode atingir cotas superiores do topo das 
comportas, obtém-se uma maior vazão específica, através do aproveitamento da carga 
hidráulica correspondente. 
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20 
 
 
 
- os vertedouros de fundo, controlados por comportas, permitem o esvaziamento total 
ou parcial do reservatório. 
d) Quanto à posição em planta no arranjo: 
- pode ser incorporado ao corpo do barramento principal; 
- ser uma estrutura separada (isolada) do barramento, como exemplo, os laterais nas 
ombreiras, em canais, ou vertedouro tipo tulipa. 
 
2.3.2 Comportas 
 
Segundo a NBR 7259/2001, comporta hidráulica é um dispositivo mecânicousado para 
controlar vazões hidráulicas em qualquer conduto livre ou forçado e de cuja estrutura o conduto 
é independente para sua continuidade física e operacional. 
Elas são classificadas segundo sua movimentação e funcionamento que podem ser 
comportas de translação, comportas de rotação e as de translo-rotação. De acordo com a 
legislação referida, as primeiras são as que executam movimento de translação que podem ser 
do tipo deslizamento e de rolamento. Na de deslizamento, a estrutura principal (tabuleiro) se 
movimenta em suas guias ou peças fixas, simplesmente vencendo o atrito de deslizamento entre 
as partes fixas e móveis. Nas comportas de rolamento, a estrutura principal (tabuleiro), se 
movimenta em suas guias ou peças fixas, vencendo o atrito entre as partes fixas e móveis por 
meio de rodas ou rodos. 
Já as comportas de rotação, executam um movimento de rotação em torno de um eixo 
fixo. E, as de translo-rotação, executam o movimento de translação e rotação. 
Existem 16 tipos de comportas, dentre as quais, segundo a Tabela 1, cada estrutura 
direciona os mais adequados. 
 
Tabela 1 – Tipos Aplicáveis por Estrutura/Objetivo 
Estrutura Tipo de Comporta 
Tomadas de água Vagão, gaveta, lagarta, segmento e cilíndrica. 
Vertedouros Segmento (à compressão ou à tração), 
basculante, vagão, setor, tambor, segmento 
com basculante, vagão com basculante e 
vagão dupla tipo gancho. 
Descargas de fundo Gaveta, vagão, lagarta e segmento. 
Portas de eclusas Mitra, vagão e segmento (com eixo de 
circulação horizontal ou vertical). 
Aquedutos de eclusas Gaveta, vagão e segmento à tração. 
Fonte: Adaptado PEREIRA (2015) 
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21 
 
 
 
Assim, para os vertedouros, de acordo a NBR 7259/2001, tem-se as seguintes 
definições: 
a) Segmento: comporta de rotação com paramento curvo, correspondente a um 
segmento de cilindro com diretriz circular, apresentando braços radiais que 
transmitem a pressão hidráulica para mancais fixos. O perfil do tabuleiro é um 
segmento circular (anexo A). 
b) Basculante: Comporta de rotação com paramento plano curvo, tendo a estrutura 
do tabuleiro fixada a mancais-suportes e eixo horizontal incorporado ao próprio 
tabuleiro. A pressão hidráulica é transmitida aos mancais-suportes e à estrutura do 
mecanismo de operação da comporta (anexo B). 
c) Vagão: Comporta de rolamento, geralmente com paramento plano e que se 
movimenta em suas guias ou peças fixas sob o fluxo hidráulico, utilizando rodas 
e roletas de eixos fixos (anexo C). 
d) Setor: Comporta de rotação com paramento curvo correspondente a um segmento 
de cilindro com diretriz circular, apresentando um estrutura radial que transmite 
a pressão hidráulica por compressão para os mancais fixos a jusante. O paramento 
é continuado na sua parte superior por uma superfície cheia radial, configurando 
o perfil da comporta como o de um setor circular (anexo D). 
e) Tambor: Comporta de rotação com paramento radial, continuado por uma 
superfície cheia cilíndrica, cujo perfil corresponde a um setor que, gira em torno 
de mancais fixos sitiados a montante. A pressão hidráulica é transmitida por 
tração aos mancais (anexo E). 
Para os demais tipos de comportas, recomenda-se consultar a legislação referida. 
Sobre o batente, pode-se dizer que a sua posição afeta a altura da comporta, as pressões 
locais, e em menor escala, sem influência no projeto, os coeficientes de vazão para aberturas 
parciais. Locando o batente no eixo da barragem resulta em comporta com a menor altura. 
Quando o batente é posicionado a montante do eixo, o jato sob a comporta tende a saltar para 
longe do contorno da estrutura, resultando em pressões negativas que podem provocar danos 
por cavitação na crista. Quando o batente é posicionado à jusante da crista, o jato é direcionado 
para baixo e tende a seguir o perfil da crista, resultando, em geral, em pressões atmosféricas 
positivas imediatamente a jusante da comporta (PEREIRA, 2017, p. 346 ). 
Para maiores detalhes sobre localização do batente da comporta, da posição do munhão, 
bem como dos esforços nas comportas, consultar HDS, 1965 e a referida NBR. 
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22 
 
 
 
Quanto ao sistema de operação, conforme Baptista e Coelho (2003, p. 354), se as 
comportas do vertedouro operarem de forma assimétrica, elas poderão provocar o aparecimento 
de correntes de retorno a jusante, que na maioria dos casos envolvem arraste de material rochoso 
de jusante para o interior do dissipador de energia e gera efeito abrasivo sobre o revestimento 
de concreto. Este efeito abrasivo é a principal causa de danos ocorridos nas bacias de dissipação. 
Além disso, há também a comporta ensecadeira, as chamadas “stoplog”, conforme a 
empresa fabricante DEMUTH, são comportas planas e deslizantes podendo ser constituídas de 
um ou mais painéis, que podem ser movimentados por sistema de viga pescadora em equilíbrio 
de pressão (com o fluxo de água parado). Estas são comportas apropriadas para serviços de 
manutenção nas comportas fixas do vertedouro. 
 
2.4 Dimensionamento hidráulico 
 
O dimensionamento hidráulico consiste em determinar as dimensões necessárias, 
largura e altura da carga de projeto (Hₒ) sobre a crista, para escoar seguramente a vazão de 
projeto. Este dimensionamento é feito utilizando-se os critérios do USBR há mais de 60 anos. 
Normalmente, para as estruturas de porte, ele deve ser apoiado em modelos reduzidos: 
tridimensional e bidimensional PEREIRA, (2017, p. 82). 
Segundo Pereira, (2017, p. 82), os ensaios tridimensionais são importantes para a 
verificação e otimização da eficiência da estrutura com relação às estruturas adjacentes. O 
vertedouro deve receber o escoamento afluente da forma mais tranquila possível, sem 
instabilidades e deslocamentos, ou perturbações/depressões da veia líquida que possam 
provocar um desempenho insatisfatório da estrutura, reduzindo sua capacidade de vazão, ou 
implicando em flutuações de pressão que possam resultar em tendências de cavitação. 
Já nos ensaios no modelo bidimensional, ainda conforme Pereira, (2017 p. 82), em canal 
de ensaios, possibilitam verificar as condições hidrodinâmicas sobre a estrutura, bem como 
testar e detalhar a estrutura terminal de dissipação de energia. 
De acordo com Pereira, (2017, p. 84), em se tratando da forma da soleira, o perfil 
vertente é projetado para a carga de projeto, Hₒ. Para essa carga, as pressões serão próximas da 
atmosfera (p = pₒ) e as pressões negativas serão nulas. Para cargas maiores que as cargas de 
projeto, ocorrerão pressões negativas (menores que a pressão atmosférica); e para as cargas 
menores que as de projeto, ocorrerão pressões positivas (acima da pressão atmosférica). 
 
 
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23 
 
 
 
2.5 Dissipador de energia 
 
O aproveitamento dos recursos hídricos envolve, muitas vezes, construção de obras que 
alteram o equilíbrio dos rios. Desta forma, é indispensável que nestes empreendimentos exista 
uma estrutura com a função de adequar o escoamento às características do corpo receptor, seja 
este natural ou artificial de forma que as erosões provenientes do aumento da vazão específica 
não coloquem em risco a segurança das mesmas (TURELLA, 2010, p. 29). 
De acordo com Alves, (2008 p. 29), os dissipadores são usados em locais onde o excesso 
de energia hidráulica poderia causar danos, como a erosão de canais de fuga e abrasão deestruturas hidráulicas. Por isso, é necessário prever um dissipador para esta energia a fim de 
adequar a velocidade do escoamento às características do meio a jusante. 
Segundo Turella, (2010, p. 30), nos dissipadores de lançamento, são três tipos de 
estruturas: abaixo do nível da água, no nível da água a jusante e acima do nível da água. Nos 
dois primeiros casos são chamadas de conchas submersa e de arremesso, respectivamente. No 
terceiro caso é denominado salto de esqui, como mostra a Figura 5. Neste último tipo, 
proporciona economia nas obras civis, quando comparada aos outros casos, porém, esse 
argumento é válido para quando existem condições hidráulicas para sua adoção. 
Segundo Baptista e Coelho (2003, p. 364), as conchas de arremesso “[...] consiste na 
execução na extremidade de jusante da estrutura de condução de água, de uma concha 
cilíndrica, que projeta um jato de água em direção ascendente [...]”, conforme mostrado na 
Figura 6. 
Nos vertedouros de dissipação distribuída ao longo da própria estrutura de condução, 
segundo Baptista e Coelho (2003, p. 366), “[...] são estruturas que dissipam a energia através 
do impacto do jato de água com a estrutura e, eventualmente, através da formação do ressalto 
hidráulico em cada degrau, quando o espaçamento entre cada desnível possibilita sua 
ocorrência”. No entanto, estas estruturas geralmente não dispensam a utilização de uma bacia 
de dissipação. O que ocorre é que devido à energia dissipada ao longo do vertedouro em 
degraus, as dimensões da bacia a ser construída a jusante serão menores, como mostra a Figura 
7. 
Dentre os fatores que influenciam na definição dos dissipadores de energia estão a 
topografia, geologia do local, o tipo da barragem, arranjo geral das obras, frequência de 
operação e facilidades de manutenção do vertedouro, riscos associados de danos e rupturas, e a 
experiência do projetista (PEREIRA, 2015, p. 251). 
 
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 Figura 5 - Salto de esqui 
 
 Fonte: Baptista e Coelho (2003) 
 
Figura 6 - Concha de arremesso 
 
 Fonte: Baptista e Coelho (2010) 
 
Figura 7 - Vertedouro em degraus com bacia de dissipação por 
ressalto hidráulico 
 
 Fonte: ebah.com.br (2010) 
 
Como citado por NEIDERT (1980) apud PEREIRA (2017), 
 
“[...] a toda barragem se associa um desnível e a consequente aceleração dos 
escoamentos na sua transposição, originando-se fluxos em velocidade. A dissipação 
de energia ao longo dessas transposições é normalmente muito pequena, pois, por 
razões práticas e econômicas, o percurso dos escoamentos é normalmente curto, e se 
faz sobre contornos lisos” (p. 175, 176). 
 
2.5.1 Bacia de dissipação 
 
Turella, (2010, p. 35), relaciona os tipos de bacia de dissipação United States Bureau of 
Reclamation (USBR I, USBR II e USBR III), nos quais ela mostra suas características e detalha 
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http://www.ebah.com.br/
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25 
 
 
 
o procedimento de cálculo da primeira, a qual se encaixa nos parâmetros descrito a seguir com 
os dados deste projeto. 
A bacia USBR I é a bacia que envolve o ressalto clássico, desenvolvida inicialmente 
para os números de Froude entre 1,7 e 2,5, atualmente ela é utilizada para os números de Froude 
de 1 até 10, em função dos problemas que podem ocorrer com do tipo II e III, tais como 
cavitação e deterioração de blocos. Esta é mostrada na Figura 8. 
 
 Figura 8 - Bacia USBR I 
 
 Fonte: Débora Sacarro Turella (2010) 
 
A bacia USBR II, Figura 9, é utilizada para o número de Froude superior a 4. Esta possui blocos 
de queda no início e uma soleira terminal dentada que interfere no ressalto possibilitando uma redução 
no comprimento da bacia. 
 
Figura 9 - Bacia USBR II 
 
Fonte: Débora Sacarro Turella (2010) 
 
A bacia USBR III, Figura 10, é utilizada para codições onde o número de Froude é 
superior a 4,5. Esta estrutura contém uma linha de blocos integrantes. 
 
 
 
 
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 Figura 10 - Bacia USBR III 
 
 Fonte: Débora Sacarro Turella (2010) 
 
Atualmente o tipo mais utilizado é a bacia tipo I, sendo a II e III utilizada somente para 
pequenas quedas. 
 
2.6 Esforços atuantes à jusante de dissipadores 
 
É através dos cálculos ou modelos hidráulicos reduzidos, utilizando-se transdutores de 
pressão, que podem ser estimados os esforços à jusante dos dissipadores de energia (PEREIRA, 
2017, p. 251). 
De acordo com Pereira (2017, p. 252), estas pressões hidrodinâmicas, à jusante de saltos 
de esqui, obtidas são maiores que as reais, portanto, a favor da segurança, uma vez que despreza 
a influência benéfica da aeração na dissipação de parte da energia do jato na fase aérea, dada a 
complexidade do fenômeno. 
Em relação às pressões hidrodinâmicas à jusante de bacias por ressalto, o escoamento 
paralelo à superfície rochosa, transmitirá ao maciço rochoso pressões hidrodinâmicas, tanto 
maiores quanto maiores forem a velocidade de escoamento (PEREIRA, 2017, p. 263). 
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27 
 
 
 
3 METODOLOGIA 
 
Para a realização do dimensionamento e para o estudo comparativo deste trabalho foram 
utilizados dados provenientes de visitas técnicas no local da Usina Hidrelétrica de Passo Fundo 
administrada pelo grupo Engie, além de referências e trabalhos científicos publicados sobre o 
assunto e os critérios de projeto de usinas hidrelétricas da Eletrobrás. 
 
3.1 Dados sobre a barragem do rio Passo Fundo 
 
A Usina Hidrelétrica do Rio Passo Fundo, nasceu juntamente com a cidade de Entre 
Rios do Sul, assim chamada pois se encontrava entre os rios Erechim e Passo Fundo, no então 
chamado loteamento da Fazenda Norte de Quatro Irmãos, na década de cinquenta. 
De acordo com o Centro de Cultura de Entre Rios do Sul, em 1959, começam a chegar 
os primeiros colonizadores, italianos da região do Vêneto, desbravadores que se juntavam aos 
primeiros funcionários da CEEE (Companhia Estadual de Energia Elétrica) já nas lidas 
do levantamento topográfico e das sondagens para a construção da usina. 
Hoje, a cidade possui 3.080 habitantes (dados do último levantamento do IBGE, em 
2010), mas a região como um todo abrange cerca de 80.000 habitantes. 
Esta UHE pertence ao grupo Engie, que atua no setor elétrico brasileiro como produtora 
independente de energia elétrica do país. Mais de 80% de sua energia provém de fontes 
renováveis (ENGIE). 
A Usina Hidrelétrica Passo Fundo foi pioneira, na década de 80, na experiência de 
utilização de tecnologia digital em seu sistema. Desenvolvido em conjunto com o Centro de 
Pesquisas Elétricas da Eletrobrás (CEPEL) e o Centro de Controle e Supervisão de Usinas 
(CCSU), ele constituiu, na ocasião, o maior esforço feito no país para a aplicação da informática 
no setor. 
Na Figura 11, nota-se o vertedouro e parte do reservatório da barragem, o qual banha 
parte dos municípios de Entre Rios do Sul, Trindade do Sul, Cruzaltense, Três Palmeiras, 
Campinas do Sul, Ronda Alta, Jacutinga, Quatro Irmãos e Pontão. 
 
 
 
 
 
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28 
 
 
 
 Figura 11 - Barragem do Rio Passo Fundo 
 
 Fonte: Engie (2003) 
 
De acordo com o grupo ENGIE, as edificações da Usina Hidrelétrica Passo Fundo são 
distribuídas de forma que a barragem e a tomada d’água estão localizadas a mais de 10 km da 
casa de máquinas. Há um túnel adutor de 5745 m de comprimento e 6 m de diâmetro, 
envolvendo também instalações da casa de válvulas, chaminé de equilíbrio e dois condutos 
forçados com diâmetro médio de 3,3 m. 
A barragem fica no rio Passo Fundo e as águas desviadas para seu afluente, o rio 
Erechim, onde fica a casa de máquinas, aproveitando um desnível aproximado de 260 m. As 
duas turbinas são do tipo Francis e a potência total instalada é de 226 MW. Potência esta, que 
é distribuída, principalmente, segundo pesquisa de campo, pelos municípios de Passo Fundo, 
Erechim, Xanxerê e Nova Prata. 
Segundo o grupo, nos últimos anos a UHE foi modernizada, recebendo novos 
equipamentos e suas geradoras foram repotencializadas. Ela também passou por um processo 
de automatização, visando sua operação remota através de estações de operação localizadas na 
UHE Itá, no município de Aratiba. Atualmente está totalmente modernizada e automatizada. 
Conforme a empresa, o processo de automatização, concluído em 2002, durou cerca de 
um ano e foi executado com a usina em funcionamento. Os trabalhos foram mais intensos 
durante as paradas de máquinas das Unidades 1 e 2 (respectivamente 39 e 29 dias), quando 
equipamentos e o sistema de supervisão e controle convencionais foram substituídos por 
digitais. 
 
 
 
 
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29 
 
 
 
3.1.1 Funcionamento do vertedouro da UHE Passo Fundo 
 
De acordo as classificações dos vertedouros, pode-se definir a estrutura da UHE Passo 
Fundo: quanto às seções típicas possui paramento de montante vertical e paramento de jusante 
inclinado em perfil Creager; quanto às condições de operação é vertedouro de serviço, destinado 
a descarregar as vazões mais frequentes; quanto à posição em elevação é de superfície 
controlado por comportas; e, quanto à posição em planta no arranjo é uma estrutura separada 
nas laterais das ombreiras. 
Segundo pesquisa in loco, respondidas pelos técnicos responsáveis locais da UHE Passo 
Fundo, a abertura das comportas se dá através de guinchos mecânicos, dos quais são ordenados 
seu funcionamento, do meio para as laterais. Além disso, não pode haver diferença maior que 
20 cm entre as aberturas das comportas. 
A menor abertura, é de 10 cm cada comporta, sendo que esta fica aberta por um período 
de 1 hora, para equilibrar o nível do fluido e após isso, aumenta-se de acordo o nível do 
reservatório. A cada 1 cm que é aumentado o nível do reservatório, aumenta a vazão com 400 
m³/s. 
Segundo suas informações, existem quatro níveis de abertura das comportas: 
a) normal: quando sua vazão é menor que 200 m³/s; 
b) atenção: quando sua vazão é maior que 200 m³/s e menor que 400 m³/s; 
c) alerta: quando sua vazão chega até 500 m³/s; 
d) emergência: quando sua vazão é maior que 500 m³/s. 
Alguns dados técnicos, relevantes a este projeto, apresentados na ficha técnica da Engie, 
anexo F, sobre a UHE Passo Fundo, estão dispostos na Tabela 2 : 
 
Tabela 2 - Informações Técnicas –UHE Passo Fundo 
Reservatório 
Nível máximo normal 598 m 
Nível máximo operativo 584 m 
Área Inundada 151,5 km² 
Capacidade bruta 1 590 hm³ 
Capacidade útil 1 405 hm³ 
Área da bacia hidrográfica 2 300 km² 
Barragem 
Comprimento 636 m 
Altura máxima 47 m 
Volume total de concreto 155 000 m³ 
Material compactado 415 000 m³ 
 
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30 
 
 
 
Comportas do Vertedouro 
Fabricante Fichet Hautmont 
Quantidade 6 
Tipo Segmento 
Dimensões 5,75 m (alt.) x 12 m (larg.) x 6,05 m (raio) 
Descarga máxima total 2 250 m³/s 
Acionamento Guincho mecânico 
Fonte: Adaptado Engie (2003) 
 
A cota normal máxima, acima citada, refere-se ao nível máximo de abertura das 
comportas. O nível normal operativo diz respeito ao fechamento total das comportas. Em 
conversa com os técnicos civis responsáveis pelo local, a cota de fundo, à jusante do vertedouro, 
é de 565 m, sendo após isso, o leito do rio com aproximadamente 2 m de profundidade. 
Sobre dissipadores de energia, não há nem salto de esqui, nem bacia de dissipação. Há 
a queda, em 90°, de 19,80 m de profundidade, ou seja, é uma fossa de erosão de caimento direto. 
Isso só foi possível devido a rocha basáltica sã do local. 
Outro dado de extrema importância está na atuação da equipe, que segundo os técnicos 
civis, há a frequente manutenção das suas estruturas. São feitas análises mensais, semestrais e 
anuais. Sendo que a partir dessas, constatou-se que não existe nenhum tipo de cavitação devida 
a turbulência das águas no pé do vertedouro como pode ser observado na Figura 12. 
 
 Figura 12 – Vertedouro em funcionamento 
 
 Fonte: Autor (2017) 
 
A respeito dos pilares do vertedouro, sua geometria de contorno é semicircular. Veja na 
Figura 13 um dos pilares. Além disso, na mesma, pode-se observar a linha de eixo da crista do 
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31 
 
 
 
vertedouro, onde há o espaço para a comporta ensecadeira, ou stoplog, e também parte da 
comporta tipo segmento do local. 
 
 Figura 13 – Pilar do vertedouro da UHE Passo Fundo 
 
 Fonte: Autor (2018) 
 
3.2 Descrição do corpo do projeto 
 
O dimensionamento do vertedouro, a partir de estudos prévios hidrológicos, será através 
de um sistema analítico de informações e todas as etapas seguem o roteiro dos critérios 
disponibilizados pela Eletrobrás e em paralelo, para mais detalhes, o HDC (1959) e afins. 
A sequência está indicada no fluxograma a seguir. 
 
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32 
 
 
 
Figura 14 - Fluxograma de cálculos 
 
Fonte: Autor (2018) 
 
3.2.1 Parâmetro de controle 
 
Apresenta-se a seguir um roteiro para dimensionamento hidráulico de qualquer 
vertedouro para usinas hidrelétricas, que deve atender as normas da Eletrobrás e CBDB, a saber: 
a) para barragens com alturas maiores que 30 m ou cujo colapso envolva riscos de 
perdas humanas (existência de habitações permanentes à jusante), a vazão de 
projeto dos órgãos extravasores será a vazão máxima provável (VMP); 
b) para barragens de altura inferior a 30 m ou com reservatório com volume menor 
que 50 000 000 m³, e não havendo risco de perdas de vidas humanas 
(inexistência de habitações permanentes a jusante), a vazão de projeto será 
definida por meio de uma análise de risco, respeitada a recorrência mínima de 
mil anos (Eletrobrás; CBDB, 2003, p. 22). 
O dimensionamento do vertedouro será fruto de análise econômica que considere 
alternativas com e sem comportas e suas quantidade e dimensões mais adequadas. Nos 
vertedouros controlados por comportas, serão previstas no mínimo duas comportas. 
Ainda segundo a Eletrobrás, para reservatórios com área de inundação relativamente 
pequena em que o parâmetro de velocidade de subida do nível do reservatório, em m/h, 
 Ɽ = 3600 × 𝑄𝐴𝑅 (3.1) 
 
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33 
 
 
 
onde 3600 é uma constante, Q é a vazão volumétrica da cheia de projeto [m³/s] e AR é a área 
do reservatório [m²], resultar maior do que 2 m/h, será adotado vertedouro de crista livre sem 
comportas, ou justificado um sistema de comportas automáticas face às condições de segurança 
específicas, ou ampliada a borda livre normal da barragem, considerando o tempo disponível 
limitado para as decisões de operação e/ou correção de panes eventuais. 
 
3.2.2 Capacidade de descarga 
 
A carga de projeto, H₀ em [m], é a carga utilizada para definir o perfil de jusante da 
soleira, como indicado na Figura 15. É definida através de uma ordenação sugestiva, com 
valores associados a equação 
 𝑄 = 𝐶ₒ × 𝐿 × 𝐻ₒ3 2⁄ (3.2) 
 
onde, Cₒ é o coeficiente de descarga, exposto na Figura 16, e o L, o comprimento efetivo da 
crista [m], no qual, 
 𝐿′ = 𝐿 + 2(𝑁 × 𝑘𝑝 + 𝑘𝑎)𝐻ₒ (3.3) 
 
onde L’ é o comprimento líquido da crista do vertedouro [m], N o número de pilares, kp e ka 
são coeficientes determinados através das 
 
 Figura 17 e Figura 18, respectivamente, onde são obtidos através da relação da altura do 
fluxo máximo de abertura das comportas e a carga de projeto. Bem como, há uma relação de 
medidas constantes de cada perfil de ogiva dos pilares. 
Não sendo uma regra, e sim uma recomendação, segundo Pereira (2017, p. 100), a 
relação H₀/W=1,2, em que W é a largura da comporta [m], normalmente, é menor que Hₒ para 
reduzir a largura do vertedouro e consequentemente, a quantidade de concreto para o mesmo. 
Essa relação apresenta as vantagens de que como as vigas principais tem a direção horizontal, 
quanto menor o vão de apoio da viga, menor será o seu peso, assim como o da comporta; e além 
disso, comportas mais altas que largas são mais fáceis para se movimentarem dentro das guias 
verticais, assim, a probabilidade de torção e/ou emperramento da comporta durante sua 
movimentação diminui. 
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34 
 
 
 
A carga hidráulica, H, pode ser igual, menor ou maior que H₀. Para H > H₀, o coeficiente 
de descarga aumenta e ocorrem pressões negativas na face do vertedouro (PEREIRA, 2015, p. 
245). 
 Figura 15 - Croqui Ogiva Padrão 
 
 Fonte: Adaptado de PEREIRA (2017) 
 
 
 
 Figura 16 - Coeficiente de descarga x a profundidade do canal de entrada 
 
 Fonte: PEREIRA, 2015. 
 
A velocidade do escoamento no canal de aproximação não deverá exceder 6,5 m/s e é 
dada por 
 𝑉𝑎 = 𝑄𝐿(𝑍 + ℎₒ) (3.4) 
 
onde Z é a altura da cota inferior até a crista [m] e hₒ é a carga de aproximação que faz relação 
com a equação 3.2, 
 
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35 
 
 
 
𝐻ₒ = ℎₒ + ℎ𝑡 (3.5) 
 
e ht é a carga de velocidade [m] 
 ℎ𝑡 = 𝑄²2𝐿²𝑔(𝑍 + ℎₒ)² (3.6) 
 
sendo g a aceleração gravitacional [m/s²]. 
 
 Figura 17 – Coeficiente de contração do pilar kp 
 
 Fonte: Adaptado de PEREIRA (2017) 
 
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36 
 
 
 
 Figura 18 – Coeficiente de contração das ombreiras ka 
Fonte: Adaptado de PEREIRA (2017) 
 
3.2.3 Localização das comportas 
 
Conforme os critérios da Eletrobrás, a localização das comportas sobre a soleira exerce 
influência direta sobre as pressões que se estabelecem ao longo do perfil do vertedouro para 
operação com aberturas parciais. A pressão mínima não deverá ser inferior a -2,5 m.c.a. e deverá 
ser confirmada nos estudos em modelo reduzido (não realizadas neste projeto). 
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37 
 
 
 
Se as comportas ensecadeiras forem posicionadas na região da crista da ogiva do 
vertedouro, deverão ser verificadas as pressões imediatamente a jusante das ranhuras, tendo em 
vista a ocorrência de baixas pressões nessa região. 
No caso do eixo e a viga de apoio das comportas deverão estar posicionados fora da 
linha da lâmina de água, como mostra a Figura 19. 
 
 Figura 19 - Eixo e viga de apoio 
 
 Fonte: Critérios de Projeto Civil de Usinas Hidrelétricas (Eletrobrás) (2003) 
 
3.2.4 Seleção das comportas 
 
Para a seleção das comportas, deve-se haver uma análise de todos os fatores capazes de 
influir no desempenho, custo, qualidade e confiabilidade do equipamento, tais como: segurança 
operacional, menor peso de fornecimento, simplicidade de operação, facilidade de manutenção, 
requisitos estruturais (ranhuras, câmaras, guias, etc.); magnitude e direção dos esforços 
transmitidos ao concreto, capacidade do mecanismo de manobra, facilidade de transporte e 
montagem. São muitos os fatores. Na seleção da comporta, considera-se ainda, a experiência 
adquirida em projetos realizados, bem como a experiência dos fabricantes (PEREIRA, 2015, p. 
363). 
De acordo com a Tabela 1, as comportas utilizadas em vertedouros são: segmento (à 
compressão ou à tração), basculante, vagão, setor, tambor, segmento com basculante, vagão 
com basculante e vagão dupla tipo gancho. 
Neste projeto, então, calcula-se as forças atuantes da água em um sistema curvo, devido 
ao fato que a única comporta com paramento plano, a comporta vagão, ser uma comporta de 
guarda, ou seja, que “operam totalmente abertos ou fechados e funcionam como um dispositivo 
secundário de segurança, para cortar o fluxo no caso de o dispositivo primário de fechamento 
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38 
 
 
 
do fluxo se tornarem inoperante [...]” (PEREIRA, 2015, pag. 358). Em resumo, será uma 
comporta curva. Para as mesmas, tem-se: 
 
Força vertical em [N] 𝐹𝑉 = ∫ 𝑝𝑐 × 𝑑𝐴𝑦 3.7 
 
Força horizontal em [N] 
 𝐹𝐻 = ∫ 𝑝𝑐 × 𝑑𝐴𝑥 
 
 
 
 
3.8 
Força Resultante em comporta segmento em N 
 𝐹𝑅𝐶𝑠 = √𝐹𝑉2 + 𝐹𝐻2 
 
 
 
 
 
(3.9) 
 
Linha de ação da força vertical em [m] 
 𝑥′ × 𝐹𝑉 = ∫ 𝑝𝑐 × 𝑑𝐴𝑦 
 
 
 
 
(3.10) 
onde, dA é elemento de área [m²], pc é a pressão em superfície submersa [Pa] , y é a coordenada 
y em altura da comporta vertical [m] e dθ é variação em θ. 
 
3.2.5 O Escoamento controlado pelas comportas 
 
Segundo os critérios da Eletrobrás, o vertedouro deve ser projetado de maneira a 
conduzir as vazões de cheia restituindo-as a jusante em condições de segurança para a barragem 
e sem perturbações de nível prejudiciais à operação da usina. 
Para isso, a capacidade de descarga do vertedouro é definida por 
 𝑞 = 𝐶𝑑 × 𝐺ₒ × 𝐿 × √2 × 𝑔 × ℎ (3.11) 
 
onde, Cd é o coeficiente de vazão variável, apresentado na 
 Figura 20, Gₒ é a abertura da comporta [m] e h é a altura de carga hidráulica sobre o 
centro do orifício [m]. 
Com os valores obtidos tem-se a soma da vazão volumétrica da cheia de projeto. E, além 
disso, obtém-se a altura da borda lateral através da equação do ar concentrado: 
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39 
 
 
 
 𝐶̅ = 0,7𝑙𝑜𝑔 ( 𝑆 𝑞1 2⁄ )⁄ (3.12) 
 
onde S é o senodo ângulo de inclinação logo após o eixo da crista como mostra a Figura 21. 
 
 Figura 20 – Coeficiente de vazão variável 
 
 Fonte: HDC (1959) 
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40 
 
 
 
Figura 21 - Fluxo de rampa larga de arrastamento de ar 
 
Fonte: HDC (1959) 
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41 
 
 
 
3.2.6 Pressões hidrodinâmicas sobre a estrutura 
 
Conforme Pereira, (2017, p. 148), para um perfil ideal projetado exatamente com a 
forma da veia inferior de uma lâmina por sobre uma soleira delgada, a pressão sobre a crista 
vertente para a carga de projeto seria nula (pressão atmosférica). O vertedouro vai operar em 
cargas diferentes das descargas de projeto: para quedas baixas, a pressão vai aumentar; para 
quedas altas, a pressão vai diminuir. 
Esta pressão pode ser determinada quatro formas diferentes: analiticamente, 
instrumentalmente por analogia eletrônica, graficamente utilizando-se rede de fluxo e por 
ensaios em modelos reduzidos (PEREIRA, 2017, p. 148). 
Para o ideal desempenho da soleira, o escoamento deve ser sem deslocamentos e 
perturbações da veia líquida para as diversas condições de operação da estrutura. Na região da 
crista, há um significante aumento da velocidade da corrente de fundo e da corrente na direção 
do fluxo, perturbando o campo de pressões. À jusante da crista, a distribuição da velocidade é 
uniforme, e a distribuição da pressão é quase hidrostática. 
Para a estimativa de pressões deste projeto, para o escoamento sem controle de 
comportas, utiliza-se a Figura 22, na qual através da relação da abertura de comportas e 
a carga de projeto, obtém-se os dados respectivos às pressões hidrodinâmicas. 
 
 Figura 22 – Pressões hidrodinâmicas sobre a estrutura 
 
 Fonte: Adaptado HDC 311-6 (1959) 
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42 
 
 
 
3.2.7 Paramento de jusante 
 
Através das Figura 23 e Figura 24, com a relação entre a carga de velocidade e a carga 
de projeto, são dadas as constantes k e n, que fornecem dados para diferentes condições de 
inclinação do talude de montante. 
 
 Figura 23 – Coeficiente k de inclinação do talude de montante 
 
 Fonte: PEREIRA (2017) 
 
 
 Figura 24 – Coeficiente n de inclinação do talude de montante 
 
 Fonte: PEREIRA (2017) 
 
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43 
 
 
 
As cartas do USBR – HDC 111-2/1 e 111-1 (HDC, 1959), na Figura 25, 
respectivamente, apresentam, as geometrias dos quadrantes de montante e jusante de um perfil 
padrão. Nos mesmos, Hd = Hₒ. 
 
Figura 25 – Geometria dos perfis de montante e jusante 
 
Fonte: Adaptado HDC 311-6 (1959) 
 
3.2.8 Calha do vertedouro 
 
Conforme Critérios da Eletrobrás, em vertedouros de concreto gravidade, o perfil da 
calha será definido pelas condições de estabilidade da estrutura. 
Nos vertedouros de encosta, o perfil será adaptado ao relevo local. A calha será, em 
princípio, retilínea e de seção retangular. 
A declividade deverá garantir um escoamento supercrítico e estável. 
O perfil da Figura 26 apresenta a linha d’ água, onde os muros laterais da calha devem 
atender a altura máxima disposta como H=1,33Hₒ, o qual concorda com a borda lateral 
anteriormente indicada. 
É recomendável a verificação da calha em modelo reduzido (não sendo realizado neste 
projeto). 
 
 
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44 
 
 
 
 Figura 26 – Perfil da vazão na calha do vertedouro 
 
 Fonte: Adaptado HDC 111-12/1 (1959) 
 
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45 
 
 
 
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
Os resultados abaixo referem-se ao apêndice A. 
 
4.1 Vertedouro livre ou controlado 
 
Como o parâmetro da velocidade de subida do nível do reservatório Ɽ é 0,0053 m/h, ou 
seja, menor que 2 m/h, será adotado vertedouro controlado por comportas. 
 
4.2 Capacidade de descarga 
 
A vazão máxima para a qual o vertedouro deve atender é previamente definida através 
dos estudos hidrológicos. Suas comportas devem suportar a vazão decamilenar, que é a 
capacidade de descarga com um período de ocorrência de dez mil anos. 
Na UHE Passo Fundo, esta vazão foi calculada em 2250 m³/s. Para suportá-la, foi 
considerado o coeficiente de descarga, com uma relação de Z/Hₒ de 3,63, relacionado com o 
valor de 2,2 (maior valor do gráfico). 
A tabela “Definição das comportas”, no referido apêndice, foi montada com sugestivos 
valores de altura, onde o tamanho das comportas é 8 metros de largura (W) por 9,5 metros de 
altura (Hₒ), sendo 5 comportas, com uma relação de H₀/W de 1,19, o que o ideal é o mais 
próximo de 1,20, como visto. 
Além disso, o comprimento da crista (L real) é de 40 metros, sendo o comprimento líquido (L’) 
de 45,24 m, o que indica um valor de 52 cm para acomodação das comportas. Os pilares, como 
na 
 
 Figura 17, sua (la) é de 2,54 m, sendo o comprimento do eixo da crista até a extremidade 
do pilar (l), à montante, de 2,68 m, e um raio de 1,26 m. O comprimento total (L total) do 
vertedouro é 55,22 m. 
A seguir estão apresentados os resultados relacionados à crista padrão, no apêndice, em 
“Canal de entrada”: 
a) A vazão (cheia de projeto) é de 2 576,72 m³/s, correspondente ao L efetivo de 40 m, o 
coeficiente de descarga de 2,2 e a carga de projeto de 9,5 m. Portanto, o vertedouro 
atenderia a vazão máxima decamilenar de 2 250 m³/s, prevista em estudos hidrológicos. 
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46 
 
 
 
b) A velocidade de aproximação do fluido na crista do vertedouro é de 1,32 m/s. Esta, é 
menor que 6,5 m/s, portanto, o escoamento está em conformidade com o previsto pela 
Eletrobrás. 
c) A carga de velocidade está estimada em 0,0808 m, porém, é considerada para este 
projeto 0,10 m. Isso indica que a carga hidráulica é igual a carga de projeto, o que não 
gera pressões negativas na face do vertedouro. 
 
4.3 Crista à montante do eixo 
 
O quadrante à montante, conforme medidas dispostas na Figura 25, é mostrado na 
Figura 27, na qual, em de acordo com a Figura 25, onde Hd é o Hₒ, ou seja, 9,5 m, chega-se às 
medidas associadas às cotas, para uma ogiva padrão. 
 
 Figura 27 - Paramento à montante 
 
 Fonte: Adaptado HDC pelo autor (2018) 
 
4.4 Localização das comportas 
 
A comporta deve ser instalada na cota 598,5 m, na coordenada x= 1 m, não gerando 
pressões, nem negativas, nem positivas. 
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47 
 
 
 
4.5 Definição das comportas 
 
O tipo de comporta adequado para o vertedouro, é de forma circular, levando em 
consideração que somente a comporta vagão, especificadana mesma, é com paramento plano, 
no entanto, é de guarda, ou seja, é um dispositivo secundário de segurança, define-se então, a 
comporta segmento. 
O raio estimado (R), como citado em Pereira (2017, p. 346), foi usado a relação de 1,1 
Hₒ, resultou num raio de 10,45 m, sendo assim, o ângulo θ é de 42,27°, a largura da comporta 
W com 8 m, e a altura Hₒ de 9,5 m, ρ com 1000 N/m³, tem-se os seguintes resultados: 
a) Força vertical de 1029,5 kN; 
b) Força horizontal de 1939,75 kN; 
c) Linha de ação da força vertical de 8,83 m; 
d) Linha de ação da força horizontal de 6,33 m; 
e) Força resultante de 2196 kN. 
Portanto, a força vertical de 1029,5 kN está atuando aos 8,83 metros do ponto de giro 
da comporta, e a força horizontal de 1939,75 kN está atuando a 6,33 metros do nível da água. 
No entanto, é necessário analisar outros fatores capazes de influir no desempenho, custo, 
qualidade e confiabilidade do equipamento. 
 
4.6 Pressões hidrodinâmicas sobre a estrutura 
 
Para o escoamento por comporta, chegou-se à uma pressão nula, o que quer dizer que 
não há pressões negativas na face do vertedouro, isso indica que o coeficiente de descarga não 
precisa ser corrigido. 
 
4.7 Escoamento controlado pelas comportas 
 
Segundo a tabela do apêndice A, “Escoamento controlado por comportas”, com um 
coeficiente de vazão variável considerado para 18° o ângulo de inclinação logo após o eixo da 
crista, como 0,685, a cada 0,10 m de abertura das comportas, sendo que a variação de carga 
hidráulica sobre o centro do orifício se dá de 5 em 5 cm, chega aos 4,75 m de diferença de nível 
com uma capacidade de descarga (q) próximo à vazão calculada de projeto, de 2576 m³/s. 
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48 
 
 
 
A mesma, contém curvas de fluxo de ar, sugerida e de melhor ajuste, que em seu 
montante indica a porcentagem de ar que deve ser somado à altura da comporta, ou seja, 12,6 
m, para obter a altura dos muros laterais. 
 
4.8 Paramento de jusante 
 
Em relação ao paramento de jusante, a Figura 28 mostra o perfil calculado, conforme 
tabela do paramento de jusante mostrada no apêndice. Na mesma, “a” é a inclinação de 
jusante, conforme Figura 25, e X e Y são as coordenadas correspondentes. 
 
 Figura 28 - Perfil à jusante 
 
 Fonte: Autor (2018) 
 
4.9 Calha do vertedouro 
 
A calha deve ser retilínea, retangular, adaptada ao terreno local, devendo garantir um 
escoamento supercrítico e estável. 
 
4.10 Comparativo entre os vertedouros 
 
O vertedouro estudado foi dimensionado para atender também à vazão de projeto 
determinada nos estudos hidrológicos e também é controlado por comportas. Vale lembrar que 
o vertedouro existente foi estudado também em modelo reduzido. 
-40,0000
-35,0000
-30,0000
-25,0000
-20,0000
-15,0000
-10,0000
-5,0000
0,0000
0 5 10 15 20 25 30
A
lt
u
ra
 d
o
 v
e
rt
e
d
o
u
ro
 -
Y
Base do vertedouro - X
Paramento de jusante
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49 
 
 
 
O vertedouro existente da UHE Passo Fundo, que funciona há 46 anos – meio século 
aproximadamente, tem 6 vãos com comportas com raio de 6,05m, altura de 5,75 m e largura de 
vão de 12 m. 
Nesse estudo, considerando que a capacidade de vazão do vertedouro varia com H1,5, 
(Q=CₒLH1,5), considerando as condições de contorno existentes no local da usina, julgou-se 
que seria mais atraente economicamente dimensionar uma alternativa de vertedouro para uma 
altura maior (9,5 m) e uma largura menor (8m), com 40 m de largura na crista – 44% menor, 
visando-se reduzir, substancialmente, o volume de concreto da estrutura. 
Na alternativa estudada e proposta, observou-se H/W=1,2, aproximadamente, para 
facilitar seu funcionamento. 
Em relação aos pilares, tanto os executados, quanto aos calculados no presente trabalho, 
eles apresentam ogiva semicircular, evitando instabilidades e proporcionando uniformidade nas 
linhas de fluxo do escoamento de aproximação com repercussão positiva sobre o escoamento 
sobre a soleira vertente. Vale lembrar que instabilidades no escoamento podem provocar 
pressões negativas que, em muitos casos, podem gerar esforços que desgastam o concreto 
(cavitação). 
Ambas as calhas de descarga atendem aos critérios da Eletrobrás, sobretudo no que diz 
respeito a ter-se procurado obter um escoamento uniforme das linhas de fluxo. 
Em se tratando da quantidade de concreto, supondo um mesmo perfil de ogiva com área 
de 943,16 m² e pilares de 2,68 m², para este projeto seriam necessários aproximadamente 53000 
m³ de concreto, somente na ogiva, num comprimento de 55,22 m, onde para o vertedouro local, 
com 90,76 m² é de aproximados 86000 m³ de concreto. Assim, resultando numa economia de 
35%. 
Essas diferenças estão mostradas na tabela abaixo. 
 
 Tabela 3 - Comparativo entre os vertedouros 
 Existente Dimensionado 
 Comportas 
Número 6 5 
Raio 6,05 m 10,45 m 
Altura 5.75 m 9,5 m 
Largura 12 m 8 m 
Hₒ/W 0,479 1,187 
 Pilares 
Número 7 6 
Largura x 2,54 m 
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50 
 
 
 
Comprimento até 
x=0 da crista do 
vertedouro 
x 2,68 m 
Seção semicircular semicircular 
Raio x 1,26 m 
 Calhas 
Seção retangular Retangular 
 Concreto 
 Considerando mesma área de ogiva e mesma 
seção de pilares 
Comprimento total 90,76 m 55,22 m 
Consumo de 
concreto 86000 m³ 
53000 m³ 
 Fonte: Autor (2018) 
 
Vale ressaltar a ausência de bacia de dissipação no vertedouro existente. Há uma fossa 
de erosão no maciço rochoso de 19,80 m de profundidade, desenvolvida ao longo dos quase 50 
anos de operação, a qual absorve e dissipa a energia do escoamento vertente. Vale ressaltar a 
importância do estudo da geologia do local na decisão de dispensar-se a bacia de dissipação de 
concreto; no local o maciço rochoso, constituído por basalto são, absorve o impacto do fluxo 
sem problemas para a estabilidade das estruturas de concreto. 
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51 
 
 
 
5 CONCLUSÃO 
 
Nesse trabalho, foi redimensionado um vertedouro para a UHE Passo Fundo utilizando-
se de estudos hidrológicos prévios, em concordância com os Critérios da Eletrobrás, e 
referências afins. Esses estudos utilizam-se da área do reservatório, de 151,5 km², da cota 
máxima de 598,5 m e a vazão máxima decamilenar de 2250 m³/s. Destaca-se que a UHE Passo 
Fundo foi inaugurada em 1973, portanto, opera há quase 50 anos (meio século). 
As comportas da estrutura existente, têm H = 5,75 m e W = 12 m. Paralelo a isso, o 
redimensionamento considerou comporta mais alta (H = 9,5 m), com menor vão (W = 8 m), 
com relação H/W ≈ 1,2. Foi definido comportas tipo segmento, não esquecendo que, neste 
projeto foi somente avaliado o quesito forças. Elas serão localizadas a 1 m do eixo da crista, e 
chegam até a cota máxima de 598,5 m. 
Com relação à comparação entre os vertedouros, pode-se afirmar que devido às 
pesquisas avançadas, poder-se-ia diminuir gastos com o concreto utilizado no local. Nesse 
contexto, a alternativa estudada proporcionaria uma significativa economia de volume de 
concreto da usina, da ordem de 35%, com benefícios econômicos para o empreendimento. 
Para pesquisas futuras, propõe-se um estudo de verificação em modelo reduzido da 
erosão limite a jusante de vertedouros, considerando materiais mais