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UFRJ 1 Tema 5 - Aproveitamentos Hidrelétricos: Barragens e Aspectos Construtivos Heloisa Teixeira Firmo hfirmo@gmail.com hfirmo@poli.ufrj.br 2562-7991 UFRJ 2 Sumário: 1. Bibliografia. 2. Barragens. 3. Aspectos construtivos. UFRJ 3 \uf0a7 Schreiber, Usinas Hidrelétricas - Editora Edgar Blücher, Ltda. \uf0a7 USBR \u2013 Design of Small Dams. \uf0a7 Manuais ELB (Inventário, PCH, Viabilidade, Projeto Básico). 1. Bibliografia. UFRJ 4 2. Barragens: aspectos conceituais. \uf071A construção de uma barragem ligada a uma usina hidrelétrica pode ter principalmente as finalidades: \uf0a7 a concentração do desnível de um rio para produzir uma queda; \uf0a7 Afogar tomada d´água, usina de desvio; \uf0a7 A criação de um grande reservatório capaz de regularizar o deflúvio; \uf0a7 O levantamento do nível d\u2019água para possibilitar a entrada da água num canal. \uf071As barragens podem também servir para outros fins como, por exemplo, controle de cheias, abastecimento, rejeitos ou irrigação. 2. Barragens: rejeitos de mineração. Rompimento de uma barragem de rejeitos de mineração, ocorrido junto à estrada de São Sebastião de Águas Claras, em Nova Lima - MG (2001). http://www.precisao.eng.br/ UFRJ 6 2. Barragens: aspectos conceituais. \uf071Classificação segundo o material de construção: \uf0a7 de terra (com seção homogênea e com seção zoneada); \uf0a7 de enrocamento; \uf0a7 de concreto; \uf0a7 tipo misto. UFRJ 7 Barragem de terra: é apropriada para locais onde a topografia se apresente suavemente ondulada, nos vales pouco encaixados, e onde existam áreas de empréstimo de materiais argilosos/arenosos suficientes para a construção do maciço compactado. Adequabilidade do local: Um local considerado adequado para implantação de uma barragem de terra, além dos aspectos anteriormente citados, deverá possuir as seguintes características: 2. Barragens: aspectos conceituais. UFRJ 8 \uf0a7áreas de empréstimo e pedreiras localizadas em cotas superiores às da barragem, visando facilitar o transporte de materiais; \uf0a7 as fundações devem ter resistência e estanqueidade suficientes, de acordo com as recomendações para Preparo e Tratamento das Fundações (manual PCH); \uf0a7 o eixo deve ser posicionado no local mais estreito do rio, visando-se reduzir o volume da barragem; \uf0a7 as margens do reservatório devem ser estáveis, visando- se minimizar escorregamentos. 2. Barragens: aspectos conceituais. UFRJ 9 A inexistência de áreas de empréstimo de solos argilosos torna antieconômica a adoção de barragem de terra nesses locais. Caso o balanceamento de materiais mostre que existe volume de rocha excedente, a seção da barragem deve ser mista (terra-enrocamento), uma vez que, certamente, significará economia para o empreendimento. \uf071Adequabilidade do local: Um local considerado adequado para a implantação de uma barragem de enrocamento deverá possuir as seguintes características \uf0a7 disponibilidade de material rochoso em quantidade suficiente. Normalmente é necessário desmontar 100 m3 de rocha para cada 130 m3 lançado no corpo da barragem. 2. Barragens: aspectos conceituais. UFRJ 10 \uf071Adequabilidade do local (barragem de enrocamento): \uf0a7 As pedreiras devem estar localizadas preferencialmente em cotas superiores às da área de construção da barragem, visando facilitar o transporte de materiais; \uf0a7 possibilidade de utilização direta do material, sejam os mesmos provenientes da escavação das fundações das outras estruturas ou das pedreiras; \uf0a7 a largura do vale, na cota da crista da barragem, deve ser a mais estreita no trecho aproveitável do rio, visando-se reduzir o volume da barragem; \uf0a7 as fundações e as ombreiras devem ser resistentes e estanques; \uf0a7 facilidade de construção e de acessos. 2. Barragens: aspectos conceituais. UFRJ 11 Entre os tipos tecnicamente viáveis, será escolhido aquele que resultar em investimentos menores. Se existe terra argilosa ou arenosa, com as qualidades adequadas, em quantidades suficientes, numa distância razoável, uma barragem de terra será o tipo indicado, principalmente, se areia natural para concreto não existir em quantidade suficiente perto do local da barragem. 2. Barragens: aspectos conceituais. UFRJ 12 Por outro lado, a escavação em rocha, quando necessária em grandes quantidades, para a construção do vertedouro e de outras obras, pode orientar o projeto para uma barragem de enrocamento, sobretudo se a quantidade disponível de terra argilosa para vedação é pequena. Em outros casos, um perfil constituído parcialmente de terra e parcialmente de enrocamento pode ser a solução mais econômica (barragem mista). 2. Barragens: aspectos conceituais. UFRJ 13 barragem de terra homogênea (H> 10 m) Fonte: Manual PCH, ELB. a m2 1 borda livre NA máx. 1 m1 H h 5,00 5,00 aterro compactado tapete drenante m1H a 0,3hm2m2H filtro vertical aterro compactado pavimento flexível dreno de pé proteção com grama det. 3 2. Barragens: aspectos conceituais. UFRJ 14 2. Barragens: aspectos conceituais. Itaipu: Barragem de terra direita UFRJ 15 2. Barragens: aspectos conceituais. Itaipu: Barragem de terra esquerda. UFRJ 16 2. Barragens: aspectos conceituais. Barragem de terra: a barragem acima tem um perfil tipo zoneado, com núcleo constituído por solos argilosos no paramento a montante, separado por um filtro do paramento de jusante que é constituído por materiais resultantes da escavação UFRJ 17 2. Barragens: aspectos conceituais. Itaipu: Barragem de enrocamento. UFRJ 18 2. Barragens: aspectos conceituais. Itaipu. UFRJ 19 2. Barragens: aspectos conceituais. \uf071custo \uf071Principais fatores físicos para a escolha da barragem: \uf0a7 Condições geológicas; \uf0a7 Fundações (qualidade do solo, permeabilidade, fissuras, falhas; \uf0a7 Quanto melhor qualidade das fundações, menores as restrições; \uf0a7 Material disponível; \uf0a7 Aspectos ambientais (áreas de empréstimo, bota-fora); \uf0a7 Tamanho e localização do vertedouro. UFRJ 20 2. Barragens: aspectos conceituais. \uf071Classificação segundo seu comportamento estrutural: \uf0a7 Gravidade: pouco armada, concreto simples, concreto massa (sem armadura); \uf0a7 Gravidade aliviada: pouco armada, concreto estrutural, concreto massa; \uf0a7 Contrafortes: muito armada, concreto estrutural. \uf0a7 Arco-gravidade: pouco armada, concreto simples, concreto massa, não há muita solicitação à tração. \uf0a7 Arco: pouco armada, concreto estrutural. \uf0a7 Arcos múltiplos: muito armada. UFRJ 21 2. Barragens: de concreto em arco. Exemplo: UHE Funil (RJ). UFRJ 23 Funil: válvula difusora em funcionamento UFRJ 24 2. Barragens: gravidade aliviada. Barragem principal de Itaipu, concebida em blocos de gravidade aliviada UFRJ 25 2. Barragens: gravidade aliviada. Construção da barragem principal de Itaipu, concebida em blocos de gravidade aliviada UFRJ 26 2. Barragens: gravidade aliviada. Itaipu: barragem lateral dirieta. UFRJ 27 2. Barragens: contrafortes. Vistas geral e lateral (por jusante), em primeiro plano, de um bloco de contraforte concluído em Itaipu. UFRJ 28 2. Barragens: esforços atuantes. \uf071Considerando os esforços que a barragem deve suportar: \uf0a7 Barragem a gravidade: quando os esforços somente possuem componentes em planos normais ao seu eixo (por exemplo, barragens de concreto de eixo reto); \uf0a7 Barragens em arco: quando os esforços possuem componentes em planos normais e tangenciais ao seu eixo (próprias para vales estreitos); \uf0a7 Barragens de terra: quando as forças atuantes são equilibradas pelas forças de coesão que se desenvolvem no interior das mesmas (mais comuns são de terra compactada e enrocamento). UFRJ 29 2. Barragens: esforços atuantes. Principais forças atuantes: barragem a gravidade. \uf071Esforços verticais: \uf0a7 Subpressão nas