Estruturas Hidráulicas

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28/02/2019 Aula 02 - Estruturas Hidráulicas - Google Docs
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Obras Hídricas 
Estruturas Hidráulicas 
1. Introdução 
Nesta aula, estudaremos os principais temas referente às obras hídricas: barragens, 
vertedouros, tomadas d’água, taludes, bueiros, canais e condutos sob pressão. Obras de 
Saneamento estão na disciplina de Meio Ambiente. Obras portuárias também estão em 
disciplina própria. 
2. Barragens 
Barragens são estruturas construídas transversalmente a um rio ou talvegue, com a 
finalidade de obter a elevação do seu nível d’ água e/ou de criar um reservatório de 
acumulação de água seja de regulação das vazões do rio, seja de outro corpo hídrico. É 
essa elevação do nível d’ água, por exemplo, que possibilitará a alimentação da tomada 
d'água de uma obra hídrica (uso da água para abastecimento urbano, geração de energia, 
insumo industrial etc.). 
 
 
 
 
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Em locais de baixa queda, no caso de aproveitamentos hidrelétricos, a barragem tem 
a função de criar o desnível necessário à produção da energia, pois a produção energética 
é função, principalmente, da vazão do rio e da altura de queda da água. Esse assunto será 
detalhado posteriormente em aula própria. 
De início, vale apresentar a distinção entre barragens de nível e barragens de 
regularização de vazão (também conhecidas como barragens de acumulação). As 
barragens de nível são aquelas construídas com a finalidade de se criar carga hidráulica 
sobre as estruturas de captação. Ou seja, destinam-se a criar nível, e não a regularizar 
vazões. Portanto, não garantem o abastecimento no período de recessão e nem acumulam 
cheias para serem liberadas nos períodos de vazões mínimas (efeito de regularização). 
Já as barragens de regularização têm como efeito a redução das variações de 
vazão, estocando as vazões máximas 
As barragens podem ser de terra, de enrocamento, de concreto, ou mistas (por 
exemplo, a barragem da Usina Hidrelétrica de Itaipu, com trechos em 
enrocamento, trechos em terra e outro em concreto). O tipo de barragem é escolhido em 
função das características topográficas e geológico-geotécnicas do sítio, considerando-se, 
ainda, a disponibilidade de materiais naturais de construção e o processo construtivo a ser 
utilizado. 
Cabe destacar que tanto as barragens de terra quanto as de enrocamento devem 
dispor de recursos para controlar a percolação das águas que se infiltram através do 
maciço, tratando de medir esta vazão de infiltração e conduzir toda a água com segurança 
para o pé da barragem (face de jusante). 
 
Escolha do local 
Para a escolha de um local adequado para a implantação de uma barragem, devem 
ser observados os seguintes critérios: 
- áreas de empréstimo e pedreiras com disponibilidade de material em quantidade 
suficiente e localizado em cota superior à da barragem visando facilitar o transporte de 
materiais (transportando o material “morro abaixo se economiza bastante no consumo de 
combustível dos equipamentos de transporte: tratores, escavadeiras, caminhões); 
- Possibilidade de utilização do material proveniente das escavações para as 
barragens de concreto e enrocamento (necessidade de se fazer um “balanço” do material 
escavado e que será reutilizado, levando as “sobras” para as áreas de “bota-fora”); 
- O local do vale deve ser o mais “encaixado” possível, ou seja, mais estreito, 
 
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“afunilado” (com as “ombreiras” – ponto de contato da barragem com o terreno natural nas 
margens esquerda e direita - bem próximas uma da outra), de forma a se reduzir o volume 
da barragem; 
- As fundações devem ser resistentes o suficiente para suportar o peso da barragem; 
- Deve-se observar a facilidade de construção e de acessos. 
a. Barragens de terra e enrocamento 
As barragens de terra e enrocamento utilizam materiais disponíveis na região, com 
um mínimo de beneficiamento. Assim, geralmente apresentam custos bastante reduzidos 
em relação às de concreto. Assim sendo, têm uso freqüente no Brasil. 
 
 
Deve ser analisado o balanceamento de materiais a fim de se estudar a possibilidade 
de se utilizar aqueles provenientes de escavações. Por exemplo, caso seja possível, 
pode-se utilizar o solo escavado para a construção do canal de adução, do vertedouro ou da 
fundação, evitando-se o bota-fora de material. 
 
 
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Cumpre observar que essas barragens não exigem fundações tão resistentes 
como exigem as de concreto . Elas apresentam geralmente uma grande área na base de 
contato com o solo e, portanto, transmitem esforços pequenos para a base. Além disso, 
acomodam-se melhor a eventuais recalques (acomodação do solo, quando submetido a 
esforços, causando um pequeno deslocamento vertical da superfície do terreno). 
Por outro lado, têm seus critérios de projeto bastante ligados ao estudo da geotecnia 
(estudos dos solos), já que a percolação da água através do corpo dessas barragens deve 
ser muito bem controlada. 
A barragem de terra é apropriada para locais onde a topografia se apresenta 
suavemente ondulada, nos vales pouco encaixados. Também é desejável que existam 
áreas de empréstimo de materiais argilosos/arenosos suficientes para a construção do 
maciço compactado. Essas áreas de empréstimo são locais, próximos ao empreendimento, 
em que seja possível obter os materiais necessários para sua construção, sem causar 
grandes impactos ao meio ambiente. A correta identificação das áreas de empréstimo (e 
bota-fora) costuma ser bastante rigorosa, em atenção aos requisitos estabelecidos pelo 
órgão ambiental responsável pelo licenciamento da obra hídrica. 
Vale lembrar que nesse tipo de barragem o vertedouro deve ser, quando possível, 
localizado fora do corpo da barragem (em uma região lateral em uma das margens, por 
exemplo), o que protegerá o maciço de solicitações decorrentes da alta velocidade do 
escoamento de aproximação. 
A barragem de terra não pode, sob nenhuma hipótese de projeto, sofrer vertimento 
por cima de seu topo. Essa condição de projeto visa evitar o fenômeno conhecido como 
“galgamento da barragem”, acidente que é considerado um dos principais causadores do 
rompimento desse tipo de barragem. 
Essas barragens de terra podem ser de três tipos: 
- homogêneas (Figura abaixo (a)): feitas de solos argilosos e muito pouco permeáveis; 
- zoneadas (Figura abaixo (b)): com um núcleo impermeável e as zonas externas mais 
permeáveis; 
- mista (diafragma - Figura abaixo (c)): constituída de vários tipos de materiais tais 
como argila, areia, brita, blocos de pedra. 
 
 
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Já as barragens de enrocamento são formadas em grande parte com material de 
grandes diâmetros, que apresentam alta permeabilidade. Assim, devem ter sua vedação 
garantida por uma faixa de material impermeável (normalmente feita em concreto ou por 
um material mais fino, como solo argiloso). 
Podem ser de dois tipos: 
- barragens de enrocamento com face em concreto (Figura abaixo (a)); 
- barragens de enrocamento com núcleo de argila (Figura abaixo (b)). 
 
 
As barragens de enrocamento são viáveis quando inexiste área de empréstimo de 
solos argilosos na periferia da obra (seria necessário trazê-la de longe, aumentando 
significativamente os custos de transporte da jazida à obra), mas há pedreiras facilmente 
exploráveis. 
Portanto esse tipo de barragem é encontrado em regiões rochosas. Também é 
aplicável em vales estreitos, quando é problemática a construção de um vertedouro lateral, 
podendo ser usado o próprio corpo da barragem como vertedouro. 
Assim, no caso de terrenos com baixa capacidade de suporte, recomenda-se a 
adoção das barragens de terra ou enrocamento. Isso porque elas apresentam uma grande 
base, distribuindo seu peso próprio. 
 
Percolação e drenagem interna. 
Percolação é a denominação dada ao processo de passagem de água pelo maciço 
das barragens, ou por sua fundação. Ela é especialmente danosa no caso de haver 
carreamento de solo pelo fluxo da água ou aumento de pressão interna na barragem. 
Por isso, toda barragem requer uma zona de baixa permeabilidade (vedação), cuja 
finalidade é controlar e reduzir do fluxo de água pelo corpo do maciço. 
O volume das águas percoladas é calculado por uma rede de fluxo (Figura abaixo), a 
qual consiste no diagrama formado por: (1) linhas de igual carga hidráulica, ou linhas 
equipotenciais (“equi” = igual, “potencial” = no caso, a carga hidráulica); e (2) linhas de fluxo 
ou de corrente. Essas linhas são traçadas aproximadamente perpendiculares entre si e de 
 
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tal forma que a vazão entre cada par de linhas de fluxo (horizontais) seja constante e que a 
perda de carga entre duas equipotenciais (verticais) seja a mesma, formando, desse modo, 
uma série de pequenos quadrados, tal como ilustrado na figura abaixo. 
 
 
O controle da percolação complementa-se com a drenagem interna (direcionando o 
fluxo de água de forma segura). A drenagem interna é vital para a segurança de uma 
barragem e tem como finalidades: (i) captar e conduzir para jusante a água de percolação; 
(ii) proteger o aterro contra o “piping” (fissuramentos internos), contra gradientes de 
percolação elevados junto ao pé de jusante da barragem (“levantamento” da barragem); (iii) 
evitar a saturação do talude (“encharcamento”, com posterior ruptura do solo). 
O fenômeno de “piping” (na tradução livre para o Português: “entubamento”) ocorre 
quando o solo rompe-se internamente à barragem em fendas ou orifícios e a água começa a 
percolar violentamente, exercendo uma ação erosiva intensa, arrastando as partículas 
sólidas, formando dessa maneira uma espécie de “tubo” (Pipe). Já o “levantamento” ocorre 
quando a força de percolação vertical ascendente iguala-se ao peso do solo. Não havendo 
mais peso, o solo “bóia”, ou seja, é como se o solo perdesse seu peso e passasse a 
“flutuar”. 
A escolha do tipo de drenagem é função direta da permeabilidade do maciço (= 
“corpo” da barragem) e das características do material drenante disponível. A seguir, 
passamos a apresentar alguns tipos de sistemas de drenagem interna: 
 
- Tapete drenante (Figura abaixo (a)): Previsto para dar vazão à água que percola o 
maciço, atua primordialmente no controle do fluxo pela fundação; 
- Filtro vertical com tapete (Figura abaixo (b)): Coleta o fluxo que percola no maciço, 
conduzindo-o para fora da barragem. Adotado em grande parte das barragens homogêneas, 
mas vem perdendo espaço com a adoção do filtro inclinado; 
- Filtro inclinado (Figura abaixo (c)): localização otimizada do filtro, mas de difícil 
execução em função da necessidade de rigorosa topografia para manutenção da “inclinação 
 
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de projeto” do filtro durante as atividades de execução das camadas de aterro; 
 
- Dreno de pé (rock-fill - Figura abaixo (d)). 
 
Sistemas de drenagem interna 
 
Como critério de projeto, recomenda-se levar os sistemas internos de drenagem até o 
N.A. máximo normal do reservatório e lançar o dreno horizontal no contato com a fundação. 
O importante é entender para que servem esses sistemas de drenagem. Como já 
explicitado, o fluxo excessivo de água através da barragem causa instabilidade nessa última. 
Portanto, as drenagens internas visam a recolher essa água que percola pelo maciço, 
criando um caminho preferencial para a água. Dessa forma, fica claro que as barragens não 
são completamente “estanques”. É permitido que um pequeno fluxo de água “penetre” em 
seu corpo, desde que este pequeno fluxo consiga ser conduzido, com segurança, até o pé 
de jusante da barragem. Do contrário, caso o fluxo seja intenso e “corte” a barragem ao 
meio, pode haver um sério acidente, com a ruptura do maciço (inclusive com perdas de 
vidas humanas, como no passado). 
Essa água, muitas vezes, traz junto partículas de solo, que com o tempo podem 
colmatar o dreno (= “entupir” os vazios). Assim, adotam-se filtros na barragem a fim de se 
evitar que esses grãos finos penetrem no material grosso, obstruindo a passagem da água. 
Os filtros localizam-se nos contatos existentes entre dois materiais de permeabilidade 
diferente. Por exemplo: transição entre o maciço e o rip-rap; proteção do núcleo em 
barragens zoneadas; filtro chaminé; tapete filtrante; transição entre o maciço e o rock-fill (= 
dreno de pé da barragem “preenchido por rocha”); e transição nos poços de alívio. 
Além disso, evitando, por exemplo, a fuga de solos finos do núcleo da barragem 
(menos permeável) para o talude de jusante (mais permeável), os filtros protegem o próprio 
núcleo e aumentam, por consequência, a estabilidade e segurança da barragem como um 
todo. 
 
 
 
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b. Barragens de concreto 
As barragens de concreto dividem-se em: gravidade ; arcos ; e contrafortes . 
Inicialmente detalharemos a barragem por gravidade, por ser a mais comumente 
encontrada. Posteriormente apresentaremos as principais características das outras duas. 
 
Barragens de gravidade 
A barragem gravidade deve ser capaz de resistir, com seu peso próprio, à pressão 
da água do reservatório e à subpressão das águas que se infiltram pelas fundações.Esse tipo de barragem é recomendado para vales estreitos, encaixados, em maciço 
rochoso pouco fraturado e com boas condições de fundação. A seção da barragem pode 
incorporar o vertedouro quando as condições topográficas do local dificultarem a concepção 
de vertedouro lateral. 
A cota da crista de uma barragem de gravidade corresponde ao NA máximo normal 
de operação, acrescido da sobrelevação devida à propagação da cheia de projeto e da 
máxima altura para a arrebentação de ondas de vento. As larguras dos topos das barragens 
de gravidade variam de cerca de 0,15 vezes a sua altura, até a largura necessária a uma 
rodovia. 
Há ainda uma variante desse tipo de barragem: a barragem de gravidade aliviada. 
Esse tipo foi proposto como forma de se otimizar a utilização do concreto. Então, 
constatam-se economias importantes no volume de concreto, o que torna interessante sua 
adoção em muitos casos. 
 
Seções típicas e dimensões básicas 
A seção típica recomendada para esse tipo de barragem é apresentada na Figura 
 
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abaixo. 
 
 
Na maioria dos casos, adota-se uma seção com paramento de montante vertical, em 
função dos cálculos de estabilidade. 
Na crista da barragem, no trecho não vertente, deverá ser construída uma mureta de 
proteção contra ondas, em concreto ou em alvenaria de tijolos maciços. 
A jusante da barragem deve ser feita uma bacia de dissipação, cuja função será 
amortecer o impacto da água extravasada pelo vertedouro. A bacia terá a mesma largura do 
vertedouro e, caso a rocha seja pouco resistente ou fraturada será necessária uma laje no 
fundo da bacia. 
Para barragem com altura menor que 10 m, a cota mínima da crista deverá estar 1,0 
m acima da elevação do NA normal do reservatório. A mureta de proteção contra ondas 
deverá ter uma altura mínima de 30 cm e largura de 20 cm. Para barragem com altura maior 
que 10 m, deve-se estimar a borda-livre utilizando-se os critérios específicos e mais 
aprofundados. 
 
Aspectos construtivos 
1– A área sob a barragem, mais uma faixa de 5,0 m para montante e para jusante, 
deverá ser limpa (isto inclui, destocamento e remoção das camadas superficiais) até se 
atingir a rocha sã; 
2– As irregularidades na superfície da rocha deverão ser eliminadas com remoção 
do material ou enchimento com concreto; 
 
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3– Os materiais extraídos serão colocados fora da obra e do reservatório. 
4 - A barragem deverá ser concretada por partes (ou blocos) alternadamente, para 
facilitar a cura do concreto. Entre os blocos deverão ser previstas juntas verticais de 
dilatação vedadas contra vazamentos. O trecho do vertedouro deverá ser rebaixado em 
altura correspondente à da lâmina d ‘água máxima vertente. 
 
 
É usual deixarem-se vãos livres no interior do maciço para fins de galerias de 
inspeção ; 
 
5– Antes de ser iniciada a construção da barragem deve-se realizar o desvio do rio. 
 
 
Barragem em arco 
As barragens em arco apresentam curvatura em planta e, pela ação estrutural de sua 
forma de arco, transmitem às ombreiras a maior parte dos esforços a que estão submetidas. 
São construídas em concreto e, comparativamente aos outros tipos, as barragens em arco 
apresentam poucos casos de ruptura. 
 
 
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As mesmas forças atuantes nas barragens de gravidade também atuam nas 
barragens em arco, diferindo apenas em sua importância relativa. Devido a sua base 
estreita, podendo ser muito altas e delgadas, as barragens em arco são recomendadas para 
vales estreitos e rochosos. 
 
Barragem de contraforte 
Uma barragem de contrafortes consiste em uma placa inclinada que transmite o 
empuxo da água a uma série de contrafortes perpendiculares ao eixo da barragem. Os tipos 
mais comuns são os de laje plana e os de arcos múltiplos, sendo que, geralmente, nos dois 
casos é utilizado o concreto armado como material. Cabe destacar que a ação estrutural dos 
arcos permite que haja uma maior distância entre os contrafortes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
As barragens de contrafortes gastam entre 1/3 a 1/2 do concreto necessário para a 
construção de uma barragem de gravidade de mesma altura. Entretanto, gastam muito mais 
formas e aço. Assim, o seu custo nem sempre é inferior. 
Se por um lado seu peso próprio diminui, em relação à barragem de gravidade, por 
outro, a redução da base promove o aumento da compressão sobre a fundação, o que 
exigirá, em alguns casos, o tratamento da fundação. 
No que tange aos aspectos construtivos, o fato de as barragens de contrafortes 
consumirem muito menos concreto do que suas equivalentes de gravidade faz com que o 
tempo de construção seja menor e o problema do desvio do rio menos grave. 
 
 
 
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3. Vertedouros 
Vertedouros ou extravasores são estruturas hidráulicas destinadas a efetuar a 
descarga das águas excedentes dos reservatórios sem ocasionar danos à barragem e às 
outras estruturas hidráulicas adjacentes. Essencialmente, os vertedores constituem-se de 
uma tomada d’ água associada a uma soleira, sendo que a água recolhida destina-se a uma 
estrutura de descarga, sendo que a jusante desta implanta-se um dissipador de energia. 
 
 
 
 
Os vertedores podem ser executados em concreto, gabiões, alvenaria, aço e madeira. 
Essas estruturas podem ser implantadas no próprio corpo da barragem (no caso de 
barragens de concreto) ou independentemente desta. 
Quanto às condições de operação, os vertedouros podem ser classificados em de 
serviço ou de emergência. O primeiro descarrega as vazões mais freqüentes e o segundo 
seria usado durante as grandes cheias. No lugar dos extravasores de emergência, podem 
 
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ser utilizados os extravasores fusíveis: preparados para romper sem causar grandes danos. 
Os vertedores podem ser retangulares, de canal lateral, em forma de tulipa, ou em 
sifão. Há ainda as barragens vertedouras, em que a sangria se dá por cima da barragem. 
a. Tipos de vertedouros 
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Os vertedores retangulares (Figura abaixo) podem ser de parede delgada (e<2/3H – 
Figura abaixo (a)) ou de parede espessa (e>2/3H – Figura abaixo (b)). 
 
 
 
Nos vertedouros de canal lateral , o muro vertedor é locado ao lado da barragem com 
o canal de descarga paralelo à crista do vertedouro. Assim, a entrada de água ocorre 
perpendicular ao escoamento. 
 
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Nos vertedouros em tulipa , a descarga é transportada de dentro do reservatório para 
jusante da barragem através de um canal aberto (sangradouro em poço ou “morning glory”). 
O poço pode ser vertical ou inclinado. 
 
 
O extravasor tipo sifão é um sistema de conduto forçado, na forma de U invertido 
 
 
Além disso, os vertedouros podem ser com controle (b e c) ou sem controle (a), de 
acordo com a existência ou não de comportas. 
 
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O extravasor de crista livre deve ser projetado de forma que o escoamento se 
processe suavemente, com o mínimo de turbulência. Sua forma ideal deve ter a mesma 
forma da face inferior da veia líquida que escoa por sobre um vertedor de soleira delgada 
em sua carga máxima “h” (Figura abaixo (a)). Esse extravasor é chamado de soleira padrão 
(Figura abaixo (b)). 
 
 
 
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b. Dimensionamento dos vertedouros 
O dimensionamento dos vertedores é realizado a partir das vazões afluentes, 
portanto, de acordo com a “cheia de projeto”. Essa vazão extrema será calculada a partir de 
estudos hidrológicos para períodos de retorno pré-definidos. 
A equação básica para dimensionamento hidráulico dos vertedouros simples é: 
Q = C ⋅ L e ⋅ H 3/2 , onde: 
 
Q – vazão em m³/s; 
C – coeficiente de descarga; 
Le – largura efetiva, em ”m”; 
H – altura de carga, em “m” 
 
O coeficiente de descarga “C” varia de vertedor para vertedor, possuindo valores 
maiores para a soleira padrão. Ele é função da forma da soleira, da altura de fundo, da 
inclinação do paramento a montante, do nível e da velocidade d’água. Devido à dificuldade 
de se obter esse coeficiente, muitas vezes o engenheiro recorre à construção de modelos 
reduzidos , que representam em, escala menor, o escoamento de água naquele vertedor. 
 
A largura efetiva “Le” corresponde à largura útil total do vertedor subtraída da eventual 
contração do jato d’água em função da presença dos pilares. Ou seja, a presença e a forma 
dos pilares irão interferir no escoamento de forma a diminuir a capacidade de descarga do 
vertedouro. Esse efeito é representado pela largura efetiva Le. 
A altura de carga “H” corresponde à energia acima da crista da soleira, sendo 
freqüentemente considerada igual à lâmina d´ água (supondo-se uma velocidade de 
aproximação nula). 
Portanto, na capacidade de descarga de um vertedouro influem a largura da soleira 
(Le), a altura de carga medida a montante da soleira (H) e a forma da soleira (C). 
 
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c. Medição de vazões utilizando vertedores 
É bastante comum a utilização de vertedouros também em canais. Nesse caso, 
destinam-se à medição de vazões. Isso é possível por meio da leitura da altura da lâmina 
d'água a montante de sua soleira. 
 
 
d. Dissipadores de energia 
A energia cinética (decorrente da velocidade) associada ao escoamento d’ água a 
jusante dos vertedores pode chegar a níveis muito elevados, ocasionando a destruição do 
material que está em contato com a água. Torna-se então necessário prever a construção 
de estruturas dissipadoras de energia, destinadas a compatibilizar a velocidade do 
escoamento com as características de resistência do meio físico a jusante. 
Se, na região a jusante do vertedouro, for identificada a presença de maciço rochoso 
fraturado, será suficiente verificar se o mesmo conseguirá dissipar a energia do escoamento. 
Caso essa região seja composta por solo deverá ser projetada uma proteção específica. 
Há várias soluções distintas para a dissipação de energia da água: 
- Bacias de dissipação : consiste na construção de uma bacia a jusante do 
vertedouro em que parte da energia é dissipada devido à mudança de regime do 
escoamento. 
 
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Nesse caso, a função da bacia de dissipação é forçar a ocorrência de um fenômeno 
denominado “ressalto hidráulico” ao pé do vertedouro. O ressalto ocorre devido à mudança 
brusca no regime de escoamento, que passa de supercrítico (no vertedouro) a subcrítico (na 
bacia) e dissipa grande quantidade de energia. 
- Dissipadores do tipo salto de esqui : consiste na construção de uma pequena 
curva (que “lança” a água em direção ascendente) a jusante da estrutura de condução de 
água. A dissipação da energia ocorre devido à turbulência do jato, ao atrito e à 
incorporação de ar na massa líquida. 
 
 
- Dissipadores contínuos : efetuam a dissipação de forma distribuída ao longo da 
estrutura de condução. Podem ser citadas como exemplos: escadas e calhas dissipadoras. 
 
 
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Os vertedouros são aberturas de contorno aberto interpostos em um conduto livre 
sobre os quais o líquido escoa; e podem ser considerados como orifícios, sem a parte 
superior. 
Esta é uma das possíveis formas de conceituar vertedouros. 
Resposta: C 
 
A estrutura de controle regula as vazões que saem do reservatório e impede o 
extravasamento quando o reservatório atinge níveis mais elevados. Essa estrutura 
deve ser dimensionada de forma que as relações entre carga e vazão sejam fixas. 
 
O vertedouro tem a função de extravasar as vazões de cheias para que o nível do 
reservatório não venha a suplantar o topo do barramento. Ou seja, não é função impedir o 
extravasamento, muito pelo contrário. 
Resposta: E 
 
 
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Os extravasores, também identificados por vertedores ou vertedouros, são 
dispositivos de segurança responsáveis pela garantia da integridade de uma 
barragem; devem ser projetados e dimensionados com base em estudos hidrológicose os seus resultados podem ser confirmados por meio de estudos em modelo 
reduzido. 
O dimensionamento dos vertedouros é possível a partir de estudos hidrológicos, que 
definam a vazão de projeto. Em muitos casos, são construídos modelos reduzidos 
para se avaliar se aquele vertedouro será capaz de suportar aquela vazão de projeto. É 
comum ainda a utilização de modelos reduzidos para se estimar coeficientes de descarga. 
Resposta: C 
 
A vazão de água através de um vertedor retangular depende somente do comprimento 
da sua soleira e da velocidade de chegada da água na sua entrada. 
 
Como vimos, há vários fatores que influem na capacidade de um vertedouro. Além 
dos citados, há a carga hidráulica a montante, a forma da soleira, a existência ou não de 
pilares etc. 
Resposta: E 
 
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4. Tomadas d’água 
As tomadas d’ água são estruturas destinadas a captar e conduzir água ao sistema 
adutor; permitir o esvaziamento do reservatório e a passagem de sedimentos; e impedir a 
entrada de corpos flutuantes e de água, quando necessário. 
 
As tomadas d’ água compõem-se de grades de proteção contra corpos flutuantes, 
comportas para controle do escoamento e comportas de emergência (também chamados de 
stop-logs). O ideal é que a tomada d’ água tenha uma forma que reduza as perdas de carga 
ao mínimo possível, em todos os seus trechos. 
As tomadas d’ água devem ser localizadas, sempre que possível, junto à margem do 
reservatório, ao longo de trechos retos. Caso seja necessário instalá-las nos trechos em 
curva, deve-se preferir o lado côncavo, pois os sedimentos transportados pelo escoamento 
se depositam na parte convexa, devido às menores velocidades de escoamento. Além 
disso, na parte côncava as profundidades são maiores e a captação das águas superficiais é 
feita livre de sedimentos trazidos por arrasto. 
Portanto, evita-se a entrada de sedimentos na tomada d'água, seja em rios, seja em 
reservatórios. 
 
 
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Os arranjos típicos para disposição das estruturas componentes da tomada d’água 
serão variados, em função dos aspectos topográficos e geológico- geotécnicos de cada 
local. Os principais elementos componentes das tomadas d'água são (Figura abaixo): 
1 - canal de aproximação/adução do escoamento; 
2 - se no local do aproveitamento os estudos sedimentológicos realizados revelarem 
que o rio transporta sedimentos, deverá ser previsto no canal de adução, a montante da 
estrutura de tomada d’água, uma câmara destinada à decantação do material em suspensão 
e/ou um desarenador. O funcionamento dessas estruturas é bastante simples, ocorrendo 
devido às baixas velocidades de escoamento, que proporcionam a sedimentação de 
partículas sólidas. Na região baixa do desarenador, deve-se prever comporta de fundo, a fim 
de se possibilitar sua limpeza. 
3 - a estrutura de tomada d’água propriamente dita, incluindo a grade para proteção 
contra corpos flutuantes e as comportas para controle do escoamento. 
4 - a adução até as turbinas geralmente é feita por meio de condutos forçados. 
Entretanto, nos arranjos nos quais a casa de força situa-se afastada da tomada d’água 
(Figura abaixo), a jusante da estrutura, posiciona-se geralmente o canal de adução em 
superfície livre, ou tubulação de adução de baixa pressão, até a estrutura da câmara de 
carga. A jusante da câmara de carga situam-se os condutos forçados, por onde o 
escoamento é conduzido às turbinas. 
A câmara de carga é a estrutura responsável por fazer a transição da água do canal 
para a tubulação de alta pressão. A câmara de carga também tem a função de absorver as 
manobras bruscas que porventura possam ocorrer na operação (por exemplo, fechamento 
brusco da válvula de entrada da usina). 
Outra estrutura que merece ser apresentada aqui é a chaminé de equilíbrio. Trata-se 
de reservatório de eixo vertical, normalmente posicionado no final da tubulação de adução 
de baixa pressão e a montante do conduto forçado, com as finalidades de amortecer as 
variações de pressão (evitando o golpe de aríete) e armazenar água para fornecer ao 
conduto forçado o fluxo inicial provocado pela nova abertura da turbina, até que se 
estabeleça o regime contínuo. 
A câmara de carga e a chaminé de equilíbrio são estruturas pertinentes ao tema de 
energia hidrelétrica. Portanto, voltaremos a tratar desse assunto posteriormente. 
As figuras abaixo apresentam esquematicamente um arranjo composto de câmara de 
carga. 
 
 
 
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A Figura abaixo apresenta um arranjo típico de tomada d’água: 
 
 
A captação de água de superfície deve situar-se em um trecho reto do curso da água 
ou, caso isso não seja possível, em local próximo à sua margem externa. 
O ideal é que as captações localizem-se em trechos retos. Quando isso não for 
possível, prefere-se a localização nos trechos côncavos (ou externos), que acumulam 
menos sedimentos. 
Resposta: C 
 
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5. Taludes 
Como forma de se aumentar o período de utilização da barragem, são previstas 
formas de proteção dos taludes (faces inclinadas) do maciço. No caso dos taludes de 
montante, visa-se a proteção contra a ação do vento, ondas do reservatório e chuva. No 
talude de jusante, os principais agentes de ataque são, além da chuva e do vento, o 
pisoteio de animais e outras formas de impactos que podem ocorrer na face que fica 
“exposta” à ação do tempo. 
As formas mais comuns de proteção no talude de montante são o uso de “rip-rap” 
(lançado ou arrumado), placas de concreto, pedras rejuntadas, asfalto e brita corrida (= 
produto resultante de britagem primária de rocha sã, cuja granulometria é contínua, muito 
usada em obras rodoviárias). O rip rap é a denominação dada a uma técnica que se utiliza 
de camada de fragmentos de rocha utilizados para proteção contra a erosão. 
No talude de jusante, adotam-se o plantio de espécies vegetais (grama, por exemplo), 
camadas de pedra e drenagem superficial (no caso de barragens maiores). As espécies 
vegetais a serem escolhidas devem ser do tipo cujo crescimento das raízes se dê de forma 
horizontal. O plantio de árvores e arbustos deve ser evitado, pois suas raízes tenderão a se 
dirigir para os sistemas de drenagem interna em busca de água. Além disso, se elasvierem 
a morrer, os “vazios” das raízes apodrecidas pode criar caminhos preferenciais para a água 
de percolação. 
 
Sobre a proteção dos taludes de jusante de uma barragem de terra o plantio de 
árvores e arbustos, ao longo do talude, deve ser previsto e planejado para facilitar o 
crescimento da grama. 
Árvores e arbustos devem ser evitados já que suas raízes crescerão contra a 
barragem, visando a atingir os drenos internos. Por isso, preferem-se espécies vegetais 
cujas raízes tenham crescimento horizontal. 
 
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Resposta: E 
 
 
O material indicado pela letra B visa reduzir a vazão de água capaz de atravessar o 
corpo da barragem. 
Vimos que para a estabilidade de uma barragem de terra, deve ser evitada a 
percolação de água que percorra todo maciço. Portanto, a camada “B” é construída 
de material menos permeável, de forma a diminuir a passagem de água atravessando a 
barragem. 
Resposta: C 
 
 
 
 
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O material da camada indicada pela letra C deve ter coeficiente de permeabilidade 
menor que o do material da camada indicada pela letra B. 
No item anterior foi explicado que o material da camada “B” deve ser o mais 
impermeável possível. A letra “C” representa uma estrutura de transição (um filtro) que visa 
a evitar o carreamento de solos finos da camada B para jusante dreno interno da barragem. 
É de permeabilidade intermediária entre a camada C e B. 
Resposta: E 
 
As barragens de terra ou de concreto são construções artificiais e os materiais que as 
constituem podem ser especificados e, portanto, conhecidos e controlados pelo 
projetista. O mesmo não ocorre com o terreno de fundação, o qual normalmente deve 
ser submetido a um tratamento para melhorar suas características de percolação. A 
respeito das diversas alternativas adotadas nesse tratamento, julgue os seguintes 
itens. 
 
A trincheira de vedação ou cutoff consiste em escavação feita no solo de fundação 
preenchida com solo compactado. 
 
 
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Aqui, cabe uma revisão sobre a fundação de uma barragem, que é o local em que 
esta se apóia. É o local em que se encontram as obras abaixo do maciço. Em alguns casos, 
a fundação determina qual será o tipo de barragem adotado, bem como sua seção típica. 
É comum ocorrerem alguns problemas em fundações de barragens: (i) falta de 
estanqueidade (= “vedação”); (ii) baixa resistência (= “capacidade de suporte” de cargas é 
insuficiente); (iii) estabilidade ameaçada devido ao mau contato barragem-fundação 
(possibilidade de “deslizamento” devido à falta de atrito entre barragem/fundação); (iv) 
recalques excessivos. 
Cabe destacar o fato de que muitas vezes o fluxo pela fundação chega a superar o 
fluxo pelo maciço. Ademais, a grande maioria dos casos de piping ocorre na fundação (Cruz, 
1996). Assim, deve-se prever uma vedação para a fundação, que pode ser considerada um 
complemento para a proteção dada pelo sistema de drenagem interna. Seguem algumas 
medidas adotadas para prevenir os problemas supracitados: 
 
- Trincheira impermeável ( cut off ): É aplicável para a impermeabilização da camada 
de areia na fundação. Solução mais efetiva, pois intercepta integralmente a feição 
permeável onde se deseja interromper o fluxo, preenchendo-se o espaço com solo 
impermeável compactado até a superfície impermeável. Em alguns casos, quando a 
camada permeável encontra-se estratificada, adota-se a trincheira parcial, em que 
escavação atinge parte da fundação apenas; entretanto, essa solução apresenta pequena 
influência na redução de vazões. 
 
- Injeções – Utilizada no controle das fraturas rochosas de forma a tornar a fundação 
rochosa impermeável e consolidada (usa-se calda de cimento neste caso). Também pode 
ser utilizada em fundações permeáveis, por meio de injeções de cimento, argila, bentonita e 
aditivos químicos. Nessa última aplicação, a injeção é indicada quando a camada permeável 
for profunda (tiver uma maior espessura). 
 
 
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- Cortina de estacas–prancha – Cravação de estacas-prancha metálicas até se 
atingir trecho impermeável. De custo elevado, é pouco utilizada, já que a presença de 
rocha alterada causa descontinuidade na superfície impermeabilizada, ocasionando 
pontos de fuga. 
- Tapete impermeabilizante – Indicado quando a espessura do solo permeável é 
muito grande. Reduz-se a descarga pela fundação pelo aumento do caminho da percolação. 
É construído com o mesmo material impermeável do núcleo. 
 
 
- Diafragma – Funciona como uma cortina de injeções ou de estacas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
A seguir, seguem duas soluções de fundações para o caso de a camada de solo 
adjacente à barragem (logo abaixo dela) ser impermeável, mas assentar-se sobre uma 
camada mais permeável. 
 
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- Poço de alívio - Os poços de alívio são instalados junto ao pé de jusante para 
reduzir os danos potenciais das sub-pressões dos materiais mais permeáveis, subjacentes a 
camada menos permeável (argilosa). Tais sub- pressões podem acarretar erosão interna do 
material de fundação e instabilidade do maciço. Ajudam também a controlar a direção e a 
quantidade de fluxo sob a barragem. 
 
- Dreno de pé – Os drenos de pé são constituídos de brita e pedregulho grosso, para 
os quais convergem as águas freáticas, sendo, em seguida, coletadas e drenadas para 
algum ponto onde possam ser lançadas sem causar danos (leito do rio ou filtros). São 
substituídos pelos poços de alívio no caso de camadas impermeáveis mais espessas. 
 
 
 
Voltando à questão, temos que para ser mais efetiva, essa escavação deve alcançar o 
substrato impermeável. 
Resposta: C 
 
 
 
 
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Os diafragmas plásticos são uma solução moderna que consiste na escavação de 
uma vala estreita ou ranhura no solo da fundação preenchida com placas de plástico 
delgadas. 
Os diafragmas plásticos não são preenchidos com placas de plástico. É uma estrutura 
de vedação da percolação, realizada em solo impermeável, cimento etc. 
Resposta: E 
 
As cortinas de estacas-prancha consistem na cravação de estacas-pranchas 
metálicas, de chapas bastante delgadas, atéatingir o substrato impermeável. 
Esta é a definição de cortinas de estacas-prancha. Vale destacar que, segundo a 
literatura especializada, a cravação de estacas prancha é muito pouco utilizada, devido às 
descontinuidades da rocha, que inviabilizam sua utilização. 
Resposta: C 
 
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Poço de alívio é um poço aberto no corpo da barragem e preenchido com material 
granular, mais permeável que o solo de fundação. 
Como visto em resposta de questão anterior, o poço de alívio é aberto no pé de 
jusante da barragem. Ele é preenchido com material mais permeável que o restante da 
fundação. 
Resposta: E 
 
 
 
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6. Bueiros 
Bueiros são estruturas hidráulicas, construídas nos pontos baixos dos vales, 
objetivando a passagem das águas dos talvegues sob as obras de terraplenagem. 
Compõem-se de 3 partes: a boca de entrada (a montante), o corpo da obra e a boca de 
saída (a jusante). Em alguns casos, instala-se um dissipador de energia a jusante. Em 
outros, são previstas grades na boca de entrada para evitar que objetos possam obstruir o 
escoamento. 
 
Bueiro tubular simples de concreto 
 
Bueiro celular triplo de concreto 
 
 
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Bueiro tubular duplo de concreto 
Um bueiro pode ser considerado um conduto livre ou forçado e de pequeno 
comprimento, intercalado em um curso de água, visando auxiliar a transposição de um 
aterro. 
Apesar de serem estruturas simples, os bueiros têm seu funcionamento hidráulico 
complexo. Assim, podem trabalhar de três formas distintas: como canal (ou seja, 
escoamento livre); como orifício (com carga hidráulica a montante); ou como conduto 
forçado (com carga a montante e a jusante). 
Para continuar, temos que compreender o conceito de orifício, que é uma abertura 
regular na parede ou no fundo de um recipiente, através do qual sai o líquido ali contido, 
mantendo-se o contorno submerso. Pode-se dizer que um orifício está totalmente submerso 
se o nível d'água a jusante estiver acima do bordo superior do orifício (a). Pode-se dizer que 
ele está parcialmente submerso se o nível d'água a jusante está entre os bordos do orifício 
(b). 
 
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Voltando aos bueiros, sua classificação se dá segundo os critérios de número de 
linhas, geometria e materiais utilizados. Adota-se a uma notação simples para sua 
identificação, como veremos adiante. 
Os bueiros podem ser simples (“S”), duplos (“D”) ou triplos (“T”), conforme tenham 1, 
2 ou 3 linhas (evita-se um número maior que três). No caso de um número de linhas superior 
a um (linhas múltiplas), adota-se uma redução da capacidade de vazão de 5%. Ou seja, um 
bueiro duplo terá a capacidade de vazão igual a 95% da soma das capacidades individuais 
de cada um dos bueiros. 
Podem ser tubulares - “T” (seção circular) ou celulares – “C” (seção retangular ou 
quadrada). Existem ainda outras formas menos comuns (elíptica, por exemplo), para serem 
usadas quando mais conveniente ao projeto. 
Quanto aos materiais, as bocas (de saída e de entrada) podem ser construídas em 
concreto, alvenaria de pedra argamassada ou em gabiões (pedras envoltas por uma tela 
metálica, formando uma espécie de “caixa” recheada de pedras). O corpo pode ser de 
concreto moldado in loco ou constituído por peças pré- moldadas, nesse caso denominado 
genericamente de bueiros de concreto (“C”). São comuns também os construídos em chapa 
de aço corrugadas (bueiros metálicos – “M”). Há ainda os de PVC, fibra de vidro etc. As 
letras especificadas são úteis em especificações dos serviços de uma obra hídrica, como 
uma forma de “abreviar” a descrição do serviço em uma planilha orçamentária. 
Um bueiro duplo tubular metálico, com diâmetro de 1,00m, terá a notação BDTM ø 
1,00. Já a notação BTCC 3,00 x 2,00 corresponde a um bueiro triplo celular de concreto, 
cuja seção tem 3,00m de base e 2,00m de altura, cada uma das células. 
Como critério de projeto, deve-se ter em mente que o dimensionamento de obras 
novas é usualmente efetuado na hipótese de funcionamento como canal. Em ocasiões 
especiais, admite-se uma condição de operação com pequena carga hidráulica, limitada a 
20% da dimensão vertical da obra. 
Já na verificação do funcionamento de obras já existentes (as quais podem estar 
“subdimensionadas” para os parâmetros técnicos atuais), pode ser aceita alguma carga a 
montante, mas deve ser dada atenção à estabilidade do aterro, que muitas vezes não 
suporta as solicitações decorrentes de elevados níveis de água a montante. 
 
 
 
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A Figura abaixo apresenta algumas alternativas de posicionamento de bueiros. 
 
É recomendável que seja seguido o traçado do percurso natural do talvegue (a). 
Entretanto, há a possibilidade de se usar o alinhamento exposto em (b). Nesse caso, o 
bueiro deve ter sua extremidade de jusante terminando além da face do talude, visando 
protegê-lo da erosão (em especial o “pé” do dique), já que evita seu contato com o 
escoamento. Já no traçado de (c), o talude funciona como uma barragem, já que ocasiona 
represamento a montante. 
Por fim, assim como ocorre nos canais, deve ser analisada a velocidade máxima de 
escoamento dos bueiros, de acordo com o material do revestimento. Deve ser avaliada 
também a velocidade admissível do escoamento hidráulico a jusante da obra, prevendo-se, 
quando necessário, estruturas de dissipação de energia, que sejam capazes de reduzir 
essas velocidades. 
 
No dimensionamento de drenos e bueiros em áreas florestais, deve-se calcular a 
vazão de pico da área de contribuição à montante, levando-se em conta um período 
de retorno de no mínimo 200 anos. 
Essa questão trata menos de bueiros e drenos e mais sobre o conceito de período de 
retorno (TR), conceito já estudado em nosso curso (Aula Hidrologia). No caso em tela, as 
áreas são florestais, portanto, não é necessário o dimensionamento das estruturas para 
serem capazes de conduzir vazões de TR superiores a 200 anos, pois uma eventual 
enchente numa área florestal seriam relativamente pequenas. 
Resposta: E 
 
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A figura acimaapresenta a seção transversal de uma barragem de enrocamento com 
núcleo de argila proposta para a formação de um reservatório. Com relação às 
condições apresentadas nessa figura e considerando que as regiões identificadas 
pelas letras A e B são constituídas de enrocamento, julgue os seguintes itens. 
 
Na seção transversal apresentada, não foi previsto cut-off. 
Esta questão teve o gabarito preliminar ERRADO, pois a estrutura apresentada seria 
(a princípio) um cut off parcial, como sendo o prolongamento do núcleo de argila. Mas o 
CESPE mudou o gabarito e apresentou a justificativa de que o cut off é elemento que 
dificulta ou interrompe o fluxo de água através do solo. Nesse caso, segundo a banca, a 
figura não representaria o cut off, já que não alcançaria a camada de baixa permeabilidade 
do solo. 
Resposta: C 
 
 
 
 
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O componente indicado pela letra C representa um filtro e sua localização evita 
qualquer possibilidade de piping do material do núcleo argiloso. 
A colocação do dreno representado por “C”, visa recolher a água que percola pela 
barragem. Diminuindo a vazão de água transpassando a barragem, diminui-se o risco de 
piping. Mas falta ainda um filtro vertical, que visaria a reter o deslocamento de solos finos 
provenientes do núcleo. 
Resposta: E 
 
O componente E representa uma cortina de injeção e está convenientemente 
posicionado de forma a reduzir substancialmente a vazão de água através do solo de 
fundação. 
A localização correta da injeção é sob o maciço impermeável de forma a reduzir a 
vazão que passa pela barragem. 
Resposta: E 
 
As barragens de enrocamento, comuns na construção de açudes, são do tipo arco. 
Barragens do tipo arco são feitas com concreto. 
Resposta: E 
 
O efeito erosivo das ondas formadas na superfície da água do reservatório sobre o 
talude de montante pode ser combatido com o lançamento de uma camada de 
pedrisco ou com o plantio de grama em placas ou por meio de hidrossemeadura na 
superfície do referido talude. 
A proteção do talude de montante é feita com rip-rap (lançado ou arrumado), placas 
de concreto, pedras rejuntadas, asfalto e brita corrida. Pedrisco ou plantio de grama são 
largamente utilizados no talude de jusante. 
 
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Resposta: E 
 
Quanto aos tipos de barragens e suas características, julgue os itens subseqüentes. 
As barragens de terra homogênea toleram fundações mais deformáveis. 
As barragens de concreto são mais rígidas e as de terra são mais flexíveis. Assim, 
essas últimas acomodam-se mais aos eventuais deslocamentos da fundação. Esse é um os 
motivos para dizermos que as barragens de terra/enrocamento são menos exigentes 
quanto à fundação. 
Resposta: C 
 
 
A respeito da figura acima, que mostra o desenho da seção transversal de uma 
barragem, julgue os seguintes itens. 
O trecho indicado pelas letras ABCD é denominado ensecadeira. 
O trecho indicado pelas letras ABCD é denominado trincheira (ou cut off) parcial. Essa 
 
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parte da estrutura tem a função de diminuir a percolação pela fundação. A ensecadeira é 
uma estrutura utilizada durante a construção da barragem. Antes de ser iniciada a 
construção da barragem, o rio precisa ser desviado de seu curso natural. O desvio pode ser 
feito em duas fases, como na Figura A, ou, se as condições topográficas e geológicas assim 
o permitirem, através de um ou mais túneis escavados em rocha ou canais de desvio, como 
na Figura B. 
Resposta: E 
 
 
O número 1 indica o componente destinado a diminuir a infiltração de água do 
reservatório pelo corpo da barragem. 
O número 1 indica componente destinado a conduzir com segurança a água que 
percola o maciço. Mas não diminui a infiltração de água na barragem. 
Resposta: E 
 
O talude jusante da barragem está indicado no desenho pelo número 2. 
A distinção entre os termos montante e jusante sempre é cobrado pelo CESPE. 
Lembrem-se sempre de que, considerando o sentido do escoamento , montante é o que fica 
antes, acima , enquanto jusante é o que após ou abaixo ( no sentido do escoamento ). 
Resposta: E 
 
 
 
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O componente destinado a drenar a água que percola pelo corpo da barragem está 
especificado no desenho pelo número 3. 
O componente destinado a drenar a água é o de número 2. O componente de número 
3 visa a diminuir a percolação de água. 
Resposta: E 
 
A seção transversal apresentada na figura é típica de uma barragem zonada. 
É característica da barragem zonada ter um núcleo impermeável e espaldares 
formados por material mais permeável. 
Resposta: C 
 
Considerando a seção transversal de uma barragem construída sobre solo 
predominantemente siltoso e o esquema da figura acima, julgue os itens que se 
seguem. 
Para as condições apresentadas na figura, a segurança da barragem contra 
problemas advindos do fluxo de água pelo solo de fundação estará sempre garantida 
caso o seu núcleo argiloso penetre na camada de fundação até a metade da sua 
espessura. 
O ideal é que a trincheira (prolongamento do núcleo ao longo do solo de fundação) 
atinja o substrato impermeável. 
Resposta: E 
 
 
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A diferença de valores de rigidez dos materiais utilizados na barragem pode provocar 
o trincamento do núcleo argiloso. 
A diferença de rigidez ocasiona trincamento de partes da estrutura devido aos 
diferentes níveis de acomodação de cada material. Por isso, são previstas camadas de 
transição entre materiais diferentes (por exemplo, entre argila e enrocamento). 
Resposta: C 
 
 
 
Uma das formas de ruptura hidráulica é a erosão interna, com progressão contrária ao 
fluxo de água, denominada retroerosão tubular ou piping. 
Está correta a definição de piping apresentada. 
Resposta: C 
 
Em barragens construídas sobre terrenos de fundação permeáveis, é possível a 
ocorrência de ruptura hidráulica por levantamento. 
 
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Ocorre o levantamento quando a força de percolação vertical ascendente, iguala- se 
ao peso da estrutura, ocasionando suaascensão vertical. 
Resposta: C 
 
A crista, ou soleira, é a denominação dada à borda inferior de um vertedor. 
A soleira de um vertedouro é exatamente a sua borda inferior, por onde escoa o fio 
d´água vertente. 
Resposta: C 
 
Os principais órgãos constituintes de uma barragem são o maciço, o extravasor, a 
usina hidrelétrica, a tomada d’água, a transposição de nível (eclusa e escada de 
peixes), o dissipador de energia, entre outros. Em relação a esses componentes, 
julgue os itens subsequentes. 
Se o local onde se pretende construir uma barragem é caracterizado por solo e 
subsolo que apresentam baixa capacidade de suporte, é recomendável a construção 
de barragens de contraforte devido ao menor peso destas. 
Uma fundação com baixa capacidade de suporte não pode receber os esforços 
decorrentes de barragens de contrafortes. Analisando o perfil dessas barragens, percebe-se 
que há a redução da área de contato, o que aumenta as solicitações a serem transmitidas 
 
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pontualmente no terreno. 
Resposta: E 
 
A vazão que escoa por um conduto, em que o fluido (água) está sob pressão, pode ser 
medida por meio de vertedores. 
É bastante comum a utilização de vertedouros também em canais abertos. Nesse 
caso, destinam-se à medição de vazões. Isso é possível por meio da leitura da altura da 
lâmina d’ água a montante de sua soleira. 
 
Vertedouro para medição de vazão 
Resposta: E 
 
 
 
 
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A vazão máxima é um valor associado a um risco de ser igualado ou ultrapassado. 
Esse dado é importante no dimensionamento de obras hidráulicas como vertedouros 
e canais de adução. 
A vazão máxima é um valor associado a um risco (TR). A partir das vazões máximas, 
projeta-se o vertedor, bem como os canais destinados a conduzir essa mesma vazão. 
Resposta: C 
 
Vertedores são dispositivos utilizados para medir vazão em escoamento por um canal, 
sendo que a carga sobre a soleira medida a jusante do dispositivo permite 
determinar a vazão. 
Os vertedores são utilizados para medir vazões, mas a carga é medida a montante 
da soleira. 
Resposta: E 
 
 
 
 
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7. Canais 
 
 
Canais são estruturas hidráulicas que têm por objetivo a condução de águas, de forma 
a compatibilizar as demandas às disponibilidades. Essas demandas podem ser para 
abastecimento, irrigação, drenagem etc. 
Diferentemente dos condutos sob pressão, os canais operam em escoamento livre e, 
portanto, por gravidade. 
O dimensionamento de um canal pode ser diferente de acordo com as características 
da superfície em contato com a água (em função de o canal ser revestido ou não). Deve-se 
projetar o canal segundo a hipótese de escoamento uniforme, todavia, é importante a 
determinação da linha d'água em condições mais realistas de projeto, supondo condições de 
escoamento gradualmente variado (lembrando: “variado” = aquele que varia ao longo de 
sua trajetória, ou seja, de montante para jusante). 
Os canais revestidos são mais estáveis, como é de se supor. Assim, o problema de 
dimensionamento reduz-se à otimização da seção transversal para transportar a vazão de 
projeto a custos mínimos. Isso significa que, dados (i) o coeficiente de rugosidade, (ii) a 
declividade e (iii) a área, deve-se buscar uma seção geométrica composta pelo menor 
perímetro molhado possível. Assim, gasta-se menos com revestimento do canal. Essa é 
denominada a seção de máxima eficiência. 
Já os canais não-revestidos, ou erodíveis (= que podem sofrer erosão, ou seja, podem 
perder material sólido das margens e fundo), têm como limitação de projeto a sua própria 
instabilidade. Essa característica variará de acordo com a sua geometria, dos materiais do 
canal e dos materiais conduzidos pela água. Assim, pode-se dimensionar esse tipo de canal 
pelo método da velocidade permissível ou o método das tensões de arraste. 
 
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O primeiro método (velocidade permissível) é mais simples e consiste em 
dimensionar-se o canal respeitando-se as limitações de velocidades para que não ocorra a 
erosão do canal. O valor limite da velocidade máxima será função do material constituinte do 
canal e da carga de material sólido transportada pelo canal. Ou seja, a presença de 
sedimentos na água aumenta a ocorrência de erosão, o que ocasiona a necessidade de que 
a velocidade de escoamento seja menor. Entretanto, esse método não leva em conta a 
geometria da seção, apenas o tipo de material. 
O segundo método (tensões de arraste) dimensiona o canal de forma a manter as 
tensões de cisalhamento (tensão de arraste) junto às paredes e ao fundo de canal inferiores 
a uma tensão admissível, valor a partir do qual ocorreriam processos erosivos. As tensões 
de arraste efetivas são diferentes no leito e nas paredes do canal. Se forem inferiores à 
tensão crítica, o canal será estável. 
Qualquer que seja o revestimento do canal, é necessário verificar as velocidades do 
escoamento, tanto para as máximas quanto para as mínimas. No que tange as velocidades 
máximas, mesmo nos canais revestidos, elas não podem ser tão grandes que provoquem 
abrasão (desgaste causado pelo fluxo da água) na parede ou deslocamento do 
revestimento. Há também a verificação de velocidades mínimas de forma a se evitar a 
deposição de material carreado e o crescimento da vegetação nas margens. 
Exige-se também que crie uma distância vertical entre o topo do canal e a superfície 
da água nas condições de projeto, denominada borda livre . Funciona como uma faixa de 
segurança, face às imprecisões e incertezas do dimensionamento. Ademais, as bordas 
livres justificam-se também em função da formação de ondas superficiais devido às 
imperfeições do canal, obstáculos etc. 
Como visto, o tipo de revestimento de um canal interfere na sua capacidade de 
condução hidráulica. Porém, há outros aspectos envolvidos. 
Canais em solos ou vegetação têm como vantagens o baixo custo de implantação e 
sua melhor inserção ambiental. Por outro lado, as baixas velocidades admissíveis implicam 
na necessidade de canais de maior porte do que aqueles correspondentes aos canais 
revestidos. Ademais esses tipos de canal exigem manutenção constante. 
Canais revestidos de concreto são mais comumente utilizados em locais em que a 
faixa disponível para a implantação da obra é reduzida. O concreto permite uma grande 
flexibilidade na adoção da forma geométrica do canal, além de permitir maiores velocidades 
de escoamento,que possibilitam uma maior capacidade de vazão. As seções de concreto 
não exigem tanta manutenção quanto aquelas em solo ou vegetação. Como desvantagens 
 
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apontam-se o alto custo e aspectos ambientais. Em sistemas de drenagem, ocorrem 
impactos hidráulicos devido à antecipação dos picos de cheia. 
Além desses tipos de revestimento, destaca-se a utilização de gabiões (grades 
metálicas preenchidas com pedra) e enrocamentos ou rip-raps (pedras lançadas ou 
arrumadas). 
Por fim, cabe destacar que a medição de vazões em canais abertos pode se dar por 
intermédio de diversas técnicas, tais como: flutuadores, calhas Parshall, molinetes ou em 
vertedores. 
 
Os canais são estruturas hidráulicas que têm por objetivos básicos a condução das 
águas, seja para abastecimento, irrigação, drenagem, etc., ou ainda, possibilitar ou 
favorecer a navegação, na implantação de hidrovias, de forma a assegurar 
profundidades necessárias para a circulação de embarcações. Qualquer que seja o 
objetivo, no entanto, seu dimensionamento obedece aos mesmos critérios. 
Sabendo-se que um canal revestido de concreto (K=80 m1/3/s) será construído para 
atender a uma vazão de 3600 l/s, escolha a seção transversal que garanta a 
velocidade máxima de escoamento permitida de 6 m/s. 
A) 
 
 
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B) 
C) 
D) 
E) 
 
 
A maioria (não todas) das questões que exigem cálculos cobra do aluno um raciocínio 
simples, como o seguinte: 
Para uma vazão de 3600 l/s, passando pela seção a uma velocidade de 6 m/s, 
precisaremos da seguinte área A de canal: 
Q = 3600 l/s = 3600 dm3/s V = 6 m/s = 60 dm/s 
A = Q/V = 3600 / 60 = 60 dm2 
Apenas a área do item D corresponde aos 60 dm2 = 0,6 m2. 
Resposta: D 
 
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8. Condutos sob pressão 
Os condutos sob pressão (ou condutos forçados) são aqueles que trabalham 
submetidos a uma pressão diferente (geralmente maior) da atmosférica. Assim, sua seção 
deve ser sempre fechada, e o líquido escoa em seu interior, enchendo- a totalmente. Em 
geral, apresentam seção circular. 
 
 
Os condutos forçados podem funcionar por gravidade (declividade natural do terreno) 
ou por recalque (bombeamento) vencendo desníveis entre o ponto de captação e o ponto de 
utilização. 
A Figura abaixo detalha a aplicação do teorema de Bernoulli aos escoamentos em 
conduto forçado. A Figura abaixo (a) apresenta uma situação sem escoamento (v = 0 m/s). 
Nesse caso, a linha de pressões (soma das cargas de posição e de pressão) permanece 
inalterada no nível do ponto 1. Na situação em que há escoamento (Figura abaixo (b)), a 
carga cinética não é nula (v > 0 m/s). 
Portanto, como o plano de energia (linha de pressões adicionada à carga de 
velocidade) continua no mesmo nível, a linha de pressões diminui. 
Na situação da Figura abaixo, o diâmetro do tubo diminui. Como a vazão permanece a 
mesma, segundo a equação da continuidade (Q = V.A) a velocidade aumenta, aumentando 
a carga cinética. Assim, há uma diminuição ainda maior da linha de pressões. 
 
 
 
 
 
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Entretanto, na prática, o líquido no conduto é submetido a forças de atrito (com a 
parede interna do tubo), que ocasionam uma perda de energia. Portanto, o plano de energia 
rebaixa-se proporcionalmente à perda de carga. 
Muitas vezes, devido à topografia do terreno, a tubulação poderá estar totalmente 
abaixo, coincidente ou acima da linha piezométrica (de pressões). 
 
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1– Tubulação totalmente abaixo da linha piezométrica: pressão superior à pressão 
atmosférica. Portanto, o escoamento contínuo está garantido. Apesar disso, nos pontos 
altos da tubulação, pode haver acumulação de ar causando até a interrupção do 
escoamento. Assim, nesses pontos, instalam-se “ventosas”, peças que removem o ar e 
admitem a sua entrada no caso de esvaziamento da tubulação. Nos pontos baixos 
exigem-se dispositivos de descarga, destinadas ao seu esvaziamento para manutenção. 
2– Tubulação coincidente com a linha piezométrica (escoamento livre): conduto livre 
ou canal. 
 
Deve-se destacar que em projetos de adutoras adota-se os traçados 1 ou 2. 
 
3– Tubulação corta a linha piezométrica: o trecho acima da linha piezométrica fica 
sujeito a pressões inferiores à atmosférica, o que aumenta o risco de contaminação da água, 
com a entrada de impurezas do meio externo para o interior da tubulação caso haja 
qualquer abertura (imperfeição) nas paredes do tubo. 
4– Tubulação corta o plano de carga estático: escoamento ocorre naturalmente 
apenas se a tubulação estiver cheia. 
5– Tubulação corta a linha piezométrica absoluta: Nesse caso é impossível o 
escoamento por gravidade. Exige-se a instalação de uma bomba para impulsionar o líquido 
até o ponto mais alto. 
Por fim, vale citar que, em condutos fechados a medição de vazões ocorre por meio 
de técnicas tais como: tubos do tipo Venturi, tubo de Pitot etc. 
 
 
 
 
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Perda de carga 
Vimos que no escoamento, o líquido transforma energia em calor no contato com a 
tubulação. Essa energia denomina-se perda de carga. Essa perda de carga divide-se em 
contínua (ao longo do tubo) e localizada (em conexões, aparelhos etc.). 
A contínua deve-se, principalmente, ao atrito interno. A razão entre a perda de carga 
contínua e o comprimento do conduto (L), representa o gradiente ou a inclinação da linha de 
carga, e é denominada por perda de carga unitária (J): 
J = L
Δh′ 
A fórmula universal da perda de carga fornece o valor da perda de carga contínua. 
 hΔ ′ = f .U ²D.2g 
Onde: 
f = coeficiente de perda de carga; 
U = velocidade média do escoamento (m/s); L = comprimento do conduto (m); 
D = diâmetro do conduto (m); 
g = aceleração da gravidade (m²/s). 
 
 
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