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7/30/2019 aplicaesPraticas04

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Parte II

APLICAES PRTICAS

Captulo 4

Projeto de umaPequena Barragem


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66 Captulo 4Projeto de umaPequena Barragem

Neste captulo desenvolve-se o projeto bsico de um barramento e de suas es-truturas hidrulicas. As informaes sobre o curso dgua estudado - o crregoLambedor -, sua bacia hidrogrfica, localizao, caractersticas de relevo e ocupaodo solo, bem como os valores de rea de drenagem e vazo de enchente relativos

seo escolhida para a implantao da barragem, encontram-se no Captulo 3. A va-zo de cheia utilizada, de 21,0 m/s, foi estimada para um perodo de retorno de 100anos (pg. 64).

Visita ao Local

As hipteses de trabalho so as seguintes: o empreendedor, um proprietrio

fictcio, dispe de uma rea rural onde pretende implantar um reservatrio, ou lagoartificial, para aproveitamento paisagstico e lazer. Com essa finalidade, contrata umprojeto de barragem, em nvel bsico, que tambm dever servir para requerer aorgo outorgante a autorizao para interferir no recurso hdrico.

Na visita ao local para os levantamentos iniciais foram obtidas as informaescomplementares:

no h previso de captao ou derivao de gua. O empreendedor definiuo uso apenas para lazer;

no h outros usos da gua a montante da seo definida para o barramentoou atividades que interfiram na disponibilidade hdrica superficial no trecho

do recurso hdrico analisado; no existe nenhuma infra-estrutura implantada nas vrzeas do crrego Lam-bedor entre sua foz e o local do empreendimento.

Tendo em vista a finalidade indicada pelo empreendedor, decidiu-se pela manu-teno de um nvel estvel para o reservatrio, controlado por um vertedor de super-fcie de soleira livre, concluindo-se que no ser necessrio manter volume til paraa regularizao de vazes e que as vazes mnimas para jusante estaro preservadasuma vez que no haver captao ou derivao.

Posicionamento Preliminardo Eixo do Barramento

As informaes iniciais do empreendedor que contratou o projeto, as condiestopogrficas mostradas na carta do IBGE (na escala 1:50.000) e a localizao apro-ximada das divisas e da infra-estrutura da propriedade levaram escolha da posiomais provvel para o eixo da barragem revelada na Figura 31.

Aps a definio preliminar da posio do eixo da barragem, deve-se efetuar oslevantamentos topogrficos e cadastrais da rea que ser inundada pelo reservatrio,incluindo uma faixa de aproximadamente 100 metros para jusante do eixo previsto.

LEVANTAMENTOSDE CAMPO


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67Captulo 4Projeto de uma

Pequena Barragem

Em visita ao local, junto com o topgrafo, so definidos: a posio preliminar do eixo da barragem, marcando-se seu alinhamento

com estacas de madeira; os limites dos levantamentos topogrficos e cadastrais que sero realizados;

o local para a implantao dos R.N.s que devem ser materializados com mar-cos de concreto.

Figura 31. Posicionamento preliminar do eixo da barragem na planta topogrfica do IBGE disponvel, ampliada paraa escala 1:25.000.


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Topografia e Cadastramento

O levantamento topogrfico de preciso (Figura 32) da rea a ser inundada edo local onde ser implantado o macio de terra permite que o projetista defina:

a cota da crista do barramento; o nvel mximo do reservatrio (para a enchente de projeto) e a respectiva

rea inundada; a curva cota-rea-volume caracterstica do reservatrio; o posicionamento, as cotas e dimenses de todas as estruturas (macio da

barragem, vertedor de superfcie e descarregador de fundo); as interferncias com coberturas vegetais e infra-estrutura do local.

Como produtos finais da topografia deve-se dispor de: plantas com curvas de nvel de metro em metro (pelo menos);

planta geral da rea do reservatrio nas escalas 1:5.000 ou 1:2.500, paradefinio da curva cota-rea-volume;

planta na escala 1:500, para o posicionamento do macio, das estruturas dodescarregador de fundo e do extravasor de superfcie;

desenhos na escala 1:250 e, se necessrio, 1:100, para melhor detalhar asdimenses e as formas das estruturas hidrulicas, permitindo o traado decortes e perfis longitudinais18 .

Para o exemplo aqui apresentado no foram realizados levantamentos na rea do projetomostrada na planta do IBGE. Todas as informaes cadastrais, de planialtimetria, batime-tria, plantas topogrficas, divisas de propriedades, construes etc., apenas simulam uma

situao real. A topografia assim desenvolvida, apesar de no ser fruto de um levantamentolocal, est compatvel com a conformao de relevo apresentada na carta do IBGE, na escala1:50.000, que a origem das informaes.

Alm da materializao de R.N.s especficos para o empreendimento, em local protegido,sempre que possvel deve-se proceder amarrao dos mesmos a R.N.s oficiais (IGG, porexemplo): cotas e coordenadas. Dessa forma, torna-se possvel em qualquer momento arecuperao dos levantamentos topogrficos para uma eventual relocao da obra. co-

mum, com o passar dos anos, os marcos implantados para a elaborao do projeto seremdestrudos.

18As escalas indicadas servem apenas como orientao. As dimenses dos desenhos devem ser compat-veis com o nvel de detalhamento que se pretende apresentar.


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Pequena Barragem

Figura 32. Planialtimetria da rea da barragem e reservatrio no crrego Lambedor, Municpio de Capivari, Estadode So Paulo. Resultado do levantamento topogrfico e cadastral.


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Neste exemplo, as condies locais, as exigncias e os objetivos do empreendimento

no permitem muitas escolhas com relao altura do macio, s dimenses do lagoa ser formado e cota de inundao no nvel normal.

Para o dimensionamento da barragem e de suas estruturas hidrulicas ne-cessrio definir:

o nvel mximo maximorum19 para o reservatrio e o nvel normal deoperao;

a cota da crista do macio; a cota da soleira do vertedor (extravasor de superfcie); a altura mxima da lmina dgua sobre a soleira durante a cheia de projeto; o tipo de soleira;

a curva cota-rea-volume do reservatrio.

Nvel Mximo Maximorum

Em decorrncia da anlise das informaes obtidas nas visitas ao local, dos en-tendimentos com o empreendedor, do levantamento topogrfico e cadastral e da ve-rificao das possveis interferncias com construes, matas e propriedades vizinhasfoi definido o valor de 142,5 m para a cota mxima de inundao. Esse ser, portanto,o nvel mximo a que dever chegar o reservatrio durante a enchente de projeto:

NAmx max = 142,5 m

Cota da Crista do Macio

Recomenda-se que a borda livre 20 de um barramento, mesmo de pequenas di-menses, no seja inferior a 0,5 m. A borda livre de um barramento determinada emfuno da dimenso do reservatrio e da velocidade do vento (caracterstica regional).Calcula-se a altura das ondas e o alcance de seu impacto no macio; ao desnvel assimdefinido, acrescenta-se uma margem de segurana.

Para o projeto aqui desenvolvido, pelas pequenas dimenses da barragem e doreservatrio por ela formado, adotou-se uma borda livre de 0,5 m.

Cota da crista da barragem (Figura 33):NAmx max + borda livre = 142,5 + 0,5 = 143,0 m.

DEFINIO DAALTURA DABARRAGEM

19 Nvel mximo maximorumou mximo dos mximos: nvel mais elevado que dever e poder atingir oreservatrio na ocorrncia da cheia de projeto.

20 Borda livre: distncia vertical entre o N.A. mximo maximorume a crista da barragem uma faixade segurana destinada a absorver o impacto de ondas geradas pela ao dos ventos na superfcie doreservatrio, evitando danos e eroso no talude de jusante.


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Pequena Barragem

Soleira do Vertedor de Superfcie

Pelo tipo de uso a que se destina o reservatrio, como j citado, por interessedo empreendedor, pretende-se que o nvel do lago seja estvel, com pouca variao

durante o ano. O empreendedor manifestou, tambm, o desejo de que o reservatrioem seu nvel normal inunde uma rea de 5 hectares (50.000 m2) aproximadamente.De incio, ento, fixou-se a cota da soleira do vertedor em 141,7 m: 0,8 m abaixo donvel mximo maximorum.

Por facilidade de execuo, optou-se por um vertedor de soleira livre, espessa,de perfil retangular, com as caractersticas mostradas na Figura 34. Essa figura forneceas dimenses da soleira: 0,4 m de largura e 0,5 m de altura, acima do leito do canalextravasor. Como conseqncia, a cota do fundo do canal do vertedor junto da soleiraser 141,2 m = 141,7 m 0,5 m, cota da crista da soleira menos sua altura.

Dentro das condies impostas, o comprimento da soleira necessrio passagem

da vazo de projeto definido mais adiante, no item Vertedor de Superfcie(pg. 75).

Figura 34. Corte transversal esquemtico do canal extravasor, com a soleira do vertedor de superfcie de 0,5 m dealtura e 0,4 m de base (soleira espessa). Canal e vertedor em concreto armado.

Figura 33. Corte transversal esquemtico do macio da barragem, mostrando as cotas da crista do macio, da so-leira do vertedor e dos nveis dgua de montante (do reservatrio).


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Curva Cota-rea-Volume

A implantao de um barramento num curso dgua d origem a um reserva-trio com determinada capacidade de armazenamento. O reservatrio aqui descrito,

pelos nveis normal e mximo estabelecidos nos itens anteriores, ir amortecer asondas de cheia a partir da cota 141,7 m (soleira do vertedor), no devendo ultrapassara cota 142,5 m, para o perodo de retorno escolhido.

necessrio estimar o volume de armazenamento contido entre esses doisnveis, denominado volume de amortecimento de cheias ou, simplesmente, volumede reservao (VR ) que permitir amortecer o pico da cheia, conforme analisado spginas 75 e 76.

A fim de definir e verificar quais so os volumes acumulados no reservatrio,em funo dos nveis que ele atinge, elabora-se a curva cota-rea-volume correspon-dente. Para essa finalidade e com o uso de uma planta da rea do lago que ser for-

mado (Figura 35) com curvas de nvel de metro em metro, calcula-se a rea delimitadapor cada curva de nvel e pelo eixo da barragem.

Pela dimenso da rea inundada, em torno de 100.000 m (10 ha), utilizou-seuma planta na escala 1:2.500, na qual o lago ocupa uma rea de 20 por 12 centme-tros, para a determinao das reas contidas pelas curvas de nvel referentes s cotas139,5, 140,0, 141,0, 142,0 e 143,0, de modo a permitir boa preciso nas mediescom o planmetro.

Determinando-se a rea delimitada por cada curva de nvel, chega-se aos valo-res da coluna 2 da Tabela 7.

Tabela 7. Valores para montagem da curva cota-rea-volume.1 2 3 4 5 6

Cota(m)

rea inundada(m)

rea mdia(m)

Desnvelh (m)

Volume parcial(m)

Volume acumulado(m)

* 137,5 0 - - 0 0

139,5 1.500 - 2,0 ** 1.000 1.000

140,0 8.300 4.900 0,5 2.450 3.450

141,0 41.800 25.050 1,0 25.050 28.500

142,0 62.700 52.250 1,0 52.250 80.750

143,0 84.600 73.650 1,0 73.650 154.400

* 137,5 = cota do talvegue na seo do barramento.

** Volume entre as cotas 137,5 e 139,5 = volume de um tetraedro = 1/3 x 2,0m x 1.500m2 = 1.000m3.

Para a estimativa dos volumes parciais do reservatrio, calcula-se o valor da

rea mdia intermediria entre duas cotas adjacentes. Por exemplo, na Tabela 7, as

curvas de nvel de cotas 141,0 m e 142,0 m definem as reas de 41.800 m 2 e 62.700

m, respectivamente. A mdia desses valores 52.250 m (coluna 3). Multiplica-se

esse valor pelo desnvel entre as duas cotas, que de 1 m (coluna 4), para estimar


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Pequena Barragem

Figura 35. Levantamento planialtimtrico da rea do reservatrio. Reproduo reduzida da planta original na escala1:2.500.

o volume que poder ser contido entre essas duas curvas de nvel, o que resulta em

52.250 m (coluna 5). Os valores acumulados so apresentados na coluna 6.

Com os valores das colunas 1, 2 e 6 da Tabela 7 elabora-se o grfico da Figura

36, da curva cota-rea-volume do reservatrio.


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Figura 36. Curvas cota-rea e cota-volume caractersticas do reservatrio projetado.


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Pequena Barragem

Define-se, a seguir, o comprimento da soleira do vertedor necessrio veiculao davazo de projeto aps o amortecimento da onda de cheia pelo reservatrio entre os

nveis 141,7 m (normal) e 142,5 m (mximo maximorum). Denomina-se QS mx o valorda vazo mxima que sair pelo vertedor para a lmina de 0,8 m.

Para a determinao da vazo sobre a soleira, utiliza-se a equao (11):

ou a equao (12)

com QS em m/s e L e H em metros, respectivamente, a largura da soleira do vertedore a carga sobre a mesma. O valor para o coeficiente de descarga do vertedor, , deve

ser adotado pelo projetista. No caso em anlise:H = 0,8 m

= 0,35 (adotado para soleira espessa)

Substituindo-se esses valores na equao (12), resulta:

ou

Portanto, para se obter o valor de L deve-se, primeiramente, calcular o valor da va-zo QSmx . Como est sendo considerado o efeito do amortecimento das cheias peloreservatrio, determina-se o volume de reservao (VR ) e o volume de enchente (VE )resultante do hidrograma da enchente de projeto.

Volume de Amortecimento

No grfico da Figura 36, por interpolao determinam-se os valores de volumeacumulado referentes s cotas 141,7 m, da soleira do vertedor, e 142,5 m, o nvelmximo maximorum. Os valores assim estimados so:

Cota (m) 141,7 142,5

Volume (m) 65.075 117.575

Portanto, considerando-se o nvel do lago tangente soleira do vertedor noincio da cheia, o volume de reservao (VR ) que poder ser utilizado para amortecera onda de cheia dado pela diferena

VR = 117.575 65.075

resultandoVR = 50.500 m

3

17 18

VERTEDOR DESUPERFCIE


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Amortecimento da Onda de Cheia

Para determinar o valor da QS mx , utilizou-se o mtodo do AmortecimentoSimplificado de Onda de Cheia, cujos conceitos e formulaes esto descritos no item

Barragem(pgs. 41 a 46).Na simplificao grfica da Figura 37, linhas retas substituem o traado de

Q = f (t) , e o tempo de durao da cheia, ou tempo de base (tb ), adotado comotb = 3 tC

com tC sendo o tempo de concentrao da bacia hidrogrfica.

Para o exemplo, como foi determinado s pginas 62 e 63,tC = 33 min = 1.980 s .

As reas dos tringulos (Figura 37) expressam volumes (vazo x tempo). Para

calcular QS mx , tm-se os valores dos seguintes elementos:QE mx = 21 m

3/s

VR = 50.500 m3

tC = 33 min = 1.980 s e, portanto,tb = 3 tc = 5.940 s

Substituindo nas equaes da Figura 37, tem-se:

VE = 62.370 m3

VE = VR + VS, ento:

VS = VE VR = 62.370 50.500

VS = 11.870 m3

QS mx

= 4,0 m3/s

Definiu-se, assim, a vazo mxima defluente para uma lmina dgua de 0,80 msobre a soleira, que dever ser veiculada pelo vertedor de superfcie quando ocorrer acheia de projeto com vazo de pico de 21 m/s (para TR = 100 anos).


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Pequena Barragem

Figura 37. Representao simplificada dos hidrogramas de enchente.

Largura da Soleira do Vertedor

A Figura 34 mostra a soleira do vertedor na cota 141,7 m, o nvel dgua m-ximo no reservatrio na cota 142,5 m, e, como conseqncia, uma lmina ou carga

mxima sobre a soleira de 0,80 m .Como a vazo mxima que dever passar pelo vertedor tem o valor deQs mx = 4,0 m

3/s,pode-se definir a largura da soleira com a equao (18):QSmx = 1,11 L

L = 3,6 m

Figura 38. Vista frontal esquemtica do vertedor de superfcie da barragem.


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Verificao para a Vazo Catastrfica

Definida a largura do vertedor, verifica-se qual vazo de uma cheia com TR su-perior a 100 anos levaria o nvel dgua do reservatrio a atingir a crista do macio da

barragem na cota 143,0 m, que representa uma condio-limite para o barramento.Alm desse ponto, ocorre o galgamento do aterro, com grande risco de provocar suadestruio parcial ou total.

Com o nvel dgua no reservatrio na cota 143,0 m, a altura dgua ou a cargasobre a soleira do vertedor ser:

H = 143,0 141,7 = 1,3 m.

Da equao (17)QS = 1,55 L H

3/2

e com os valores j definidosL = 3,6 m e H = 1,3 m

tem-seQS mx = 1,55 3,6 1,3

3/2

QS mx = 8,27 m3/s

Essa a estimativa para a mxima vazo que sair pelo vertedor na ocorrnciada cheia denominada catastrfica.

Com o uso das equaes e relaes entre vazes, volumes, tempo de concen-trao e tempo de base do item Amortecimento da Onda de Cheia(pg. 76), pode-seestimar a vazo de pico da cheia catastrfica: QE mx = QC

Primeiramente, tem-se

VS = 24.562 m3

Na seqncia, determina-se o volume de reservao (VR ) correspondente aesse evento. Da Tabela 7 extrai-se o volume do reservatrio correspondente ao nvel143,0 m, que 154.400 m. Como o volume armazenado referente cota 141,7 m, dasoleira do vertedor, 65.075 m3, tem-se:

VR = 154.400 65.075

VR = 89.325 m3

Pode-se, ento, calcular o novo valor do volume de enchente (VE

):VE = VR + VS

VE = 89.325 + 24.562

VE = 113.887 m3

como e

tem-se


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As Figuras 39 e 40 mostram a planta e o corte longitudinal do macio de terra com-

pactada da barragem, com crista de 4,0 m de largura, na cota 143,0 m.Em pequenas barragens, para as quais no so feitos estudos de geotecnia nem

acompanhamento tcnico da execuo com o apoio de laboratrio de solos - constru-das sem sistemas de filtros internos para conduo da gua que percola atravs domacio - devem ser baixas as inclinaes dos taludes de jusante e de montante paragarantir a estabilidade do aterro. Dessa forma, recomenda-se no realizar macios emterra compactada com taludes mais inclinados que 1 V: 2,5 H a jusante, e 1 V: 3 H amontante. Essas so as inclinaes adotadas neste projeto.

MACIO DABARRAGEM

Figura 39. Planta do macio de terra da barragem do crrego Lambedor. Crista do aterro com 4,0 m de largura, nacota 143,0 m. Taludes com inclinao de 1H:3V, a montante, e 1H:2,5V, a jusante.


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Pequena Barragem

Figura 40. Corte longitudinal do macio da barragem do crrego Lambedor (seo topobatimtrica II).

Figura 41. Corte transversal tpico do macio da barragem. Antes do incio da implantao do aterro com solo deboa qualidade e granulometria apropriada, deve-se retirar a camada superficial do solo da vrzea com os restosvegetais remanescentes.


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Da observao das plantas das Figuras 35, 39 e 40, verifica-se que h melhor condiotopogrfica junto da ombreira esquerda do barramento para implantao do canalextravasor a ser escavado no terreno natural.

Como soluo de projeto foi adotado um canal em concreto armado, de seoretangular, com 3,6 m de base (igual largura do vertedor) e com o fundo na cota141,2 m junto da soleira (Figuras 34 e 38).

O canal extravasor, de montante para jusante, ter os seguintes elementos: canal de aproximao soleira do vertedor calha inclinada ou rpido

bacia de dissipao e canal de restituio.

O descarregador de fundo de suma importncia para a obra a ser construdae, posteriormente, para a operao do reservatrio. Em conjunto com as ensecadeirasde montante e jusante, a primeira parte da obra a ser realizada e serve como estru-tura de desvio.

A implantao da ensecadeira de montante conduz as guas do crrego atra-vs do canal de acesso e da tubulao de concreto do monge. A ensecadeira de jusan-te impede o retorno das guas para montante, atravs do talvegue.

Deve-se posicionar o descarregador de fundo na margem oposta do canaldo vertedor para facilitar os trabalhos de execuo do barramento e das estruturashidrulicas, evitando-se interferncias desnecessrias.

importante afastar da saia do aterro o encontro dos canais de restituio dodescarregador de fundo e do extravasor de superfcie com o talvegue. Com essa pro-vidncia, aumenta-se a segurana, evitando-se eroses no macio e escorregamentosno talude de jusante, eventos que, durante uma enchente, podem levar destruioda barragem.

POSICIONAMENTODAS ESTRUTURAS

HIDRULICAS


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Pequena Barragem

Figura 42. Planta de situao do canal extravasor e do descarregador de fundo (sem escala).

Figura 43. Vista da barragem, de montante para jusante, mostrando a posio relativa do talvegue, do descarrega-dor de fundo e do vertedor de superfcie.


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A implantao de uma barragem cria um desnvel entre a superfcie do reservatrio ea lmina dgua do curso dgua no trecho de jusante. No presente caso, esse desnvelser de 4 m, aproximadamente.

As descargas atravs do vertedor tero de percorrer esse desnvel para retornarao leito do crrego Lambedor, a jusante do barramento. Se no for utilizado um trechocom forte inclinao ou um trecho com degraus, de modo a vencer o desnvel numacurta distncia horizontal, ser necessrio estender o canal de restituio do vertedorpor centenas de metros, buscando um perfil que esteja em conformidade com o relevonatural.

No exemplo desenvolvido optou-se por construir um rpido, ou calha inclina-

da, num trecho com 20 m de comprimento, vencendo um desnvel de mais de 4,0 m.

BACIA DEDISSIPAO DE

ENERGIA

CANAL NATURALA JUSANTE DA

BARRAGEM

- Seo Transversal- Declividade

LMINA DE JUSANTE( hj = y3 )

LMINA DGUA( y1 )

VAZO MXIMAEFLUENTE PELO

VERTEDOR( QS mx )

DESNVEL ENTRE ORESERVATRIO E A

BACIA DE DISSIPAO( D )

VELOCIDADE NAENTRADA DA BACIA

( v1 )NMERO DE FROUDE

( F1 )

CANAL DERESTITUIO

- Seo (b)

DIAGRAMAEXPERIMENTAL

CARACTERSTICO

PROFUNDIDADEDA BACIA

(h)

COMPRIMENTO DABACIA DE

DISSIPAO(x)

Figura 44. Roteiro resumido do dimensionamento da bacia de dissipao desenvolvido com o uso do modelo debacia descrito no Captulo 2.


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Pequena Barragem

No final do rpido a velocidade ser alta, com escoamento em regime tur-bulento com muita energia inercial. No se pode restituir o caudal para o leito naturalnessa condio torrencial, pois certamente provocar eroso, pondo em risco as es-truturas do canal e do prprio macio de terra, alm de causar prejuzos ambientais

a cada precipitao intensa. Ser necessrio, portanto, dissipar essa energia antes doretorno do caudal para o rio pelo canal de restituio.

Na Figura 44 demonstra-se como provocar essa dissipao de energia com ouso de um ressalto hidrulico localizado e estvel, projetando-se uma bacia de dissi-pao logo no final do rpido.

No Captulo 2, encontram-se os conceitos, equaes e resultados experimen-tais aqui adotados.

Estimativa da Lmina dgua de Jusante

Condio Hidrulica Naturaldo Curso dgua a jusante do Barramento

O curso dgua na sua conformao natural procura permanentemente situa-es de equilbrio. Ao retornar ao crrego a jusante da barragem, a torrente que extra-vasar pelo vertedor precisar chegar ao leito natural com uma energia muito prximadaquela que o escoamento da mesma vazo teria se no houvesse o barramento.

A vazo de enchente que passar pelo vertedor, de acordo com os clculosfeitos anteriormente, ser de 4,0 m/s, j amortecida pelo reservatrio.

preciso estimar qual a lmina (hJ ) e qual velocidade mdia (vJ ) essa vazo ir

assumir no canal natural do crrego em estudo, para o dimensionamento de um canalde restituio cujo escoamento apresente caractersticas semelhantes (y3 e v3 ).As cinco sees transversais topobatimtricas executadas a cada 20 m (Figuras

32 e 45) permitem analisar as condies do canal natural do crrego Lambedor a partirde 20 m a montante do eixo da barragem at a seo situada 60 m a jusante dele.

Verificou-se que nesses 80 m de extenso o talvegue apresenta uma declivi-dade mdia de 2,5 m/km (0,0025 m/m), e que a conformao das sees transversaisdo crrego permite considerar esse trecho (natural) com o comportamento hidrulicoequivalente ao de um canal em terra, de seo trapezoidal, com 2,0 m de largura debase e taludes com inclinao 1:1 (Figura 45). Essa simplificao objetiva facilitar averificao, nesse trecho, da velocidade mdia e da altura da lmina dgua para umavazo igual do pico da cheia de projeto que sai pelo vertedor: 4,0 m/s.

Estima-se a linha dgua no canal natural do curso dgua na confluncia docanal de restituio, para a vazo de 4,0 m/s (QS mx ), com o uso da equao (9):

onde:n = coeficiente de rugosidade de Manning;i = declividade do leito;RH = raio hidrulico; eAm = rea molhada da seo transversal .


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L = b + 2 m h

c = h (1+m2)1/2

Am = b h+m h2

Pm = b+2 h (1+m2)1/2

RH = Am / Pm

Rescrevendo a equao (9) com as expresses acima, para canais trapezoidais:

No caso do canal natural do crrego Lambedor, tem-se:n = 0,035 (Tabela 3)i = 0,0025 m/m (Figura 45)b = 2,0 m em = 1,0

Substituindo esses valores em (19), tem-se:Q = 1,429 (b h+h2)5/3 (b+2,83 h)2/3 ouQ = 1,429 (2,0 h+h2)5/3 (2,0+2,83 h)2/3

Para Q = QS mx = 4,0 m/s, verifica-se que o valor de h = hj = 1,15 satisfaz aigualdade acima. Portanto,

hj = 1,15 m

A velocidade mdia resultante para o trecho vj = 1,12 m/s.

Canal de Restituio a jusante da Bacia de Dissipao

Para esse trecho do canal de restituio foram adotadas as seguintes caractersticas: escavao em terra (n = 0,035) de seo trapezoidal (base = b); inclinao dos taludes (1:1,5): m = 1,5; declividade: i = 0,0025 m/m; lmina dgua para a vazo QSmx = 4,0 m

3/s: y3 = hj = 1,15 m

Com esses valores de Q, n, i e h, e com a equao (19), define-se o valor dalargura da base do canal:

b = 1,5 m

19

Relaes geomtricas bsicas de uma seo trapezoidal (Tabela 5):


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Pequena Barragem

Figura 45. Sees transversais topobatimtricas do crrego Lambedor, conforme Figura 32, e perfil longitudinal docanal natural, mostrando as linhas do talvegue e das margens esquerda e direita.Declividade mdia: (137,55-137,35) / 80 = 0,0025 m/m.

A velocidade mdia resultante para o trecho de jusante do canal de restituio v3 = 1,08 m/s,

valor muito prximo do obtido para o crrego na confluncia e que se apresenta emconformidade com o tipo de revestimento do canal de restituio que ser em terra

(Tabela 4).Dessa forma, para haver continuidade entre o canal de restituio e o crrego

Lambedor em sua confluncia a jusante do barramento para o escoamento da vazode cheia (4,0 m/s), foi definida uma seo trapezoidal com as caractersticas acimaestabelecidas. As velocidades mdias resultaram em valores muito prximos, e o valorda lmina de jusante foi estimado em: hj = y3 = 1,15 m. A importncia dessa alturade lmina dgua vista, a seguir, no dimensionamento da bacia de dissipao.


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Dimensionamento da Bacia de Dissipao

No Captulo 2, o item Bacias de Dissipao de Energia(pgs. 47 a 52) apresentacom mais detalhes conceitos, informaes e referncias bibliogrficas sobre bacias de

dissipao e, especificamente, analisa o modelo dimensionado neste exemplo.Com o objetivo de apresentar um projeto de geometria simples, que possa ser

compreendido, verificado, projetado e construdo com certa facilidade, o tipo de baciaescolhido tem forma de piscina, inserida no canal de concreto de seo retangular,terminando em degrau ascendente ou parede vertical. No final da bacia se faz a tran-sio da seo retangular (revestida) para a seo trapezoidal (em terra), j definida,com reduo da largura da base de 2,5 m para 1,5 m.

Pelos diagramas e expresses da Figura 46, verifica-se que para a determi-nao de x e h, comprimento e profundidade da bacia, deve-se antes encontrar osvalores de y3, v1 e y1 .

O valor de y3 determinado no item anterior, hj = 1,15 m, a altura da lminadgua no canal de restituio que corresponde vazo QS mx = 4,0 m

3/s.

Figura 46. Bacia de dissipao de energia em canal retangular, terminando numa sobrelevao abrupta do leito.Diagrama para projeto e verificao (CHOW, 1959).


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Pequena Barragem

Lmina e Velocidade na Seo de Entrada

No final da calha inclinada (Figuras 46 e 47), na entrada da bacia (seo 1),pela equao da continuidade (9), tem-se:

Q = v Am ou Q = v1 b y1

Conhecendo-se b (largura do canal) e v1 (velocidade mdia), pode-se calculary1 por:

onde

a vazo especfica do canal (vazo por unidade de largura).

Com b1 = 2,5 m e Q1 = QSmx = 4,0 m3

/s, pode-se calcular y1com (20):

ou

Para a determinao da velocidade mdia do escoamento (v1) no final da calhainclinada admite-se que quase toda energia potencial (desnvel), transforma-se emcintica.

Utiliza-se a equao 16

Recomenda-se, para clculo do desnvel D, a expresso (Figuras 25 e 47)

sendoH = carga sobre a soleira do vertedor = N.A. mx max NsNs = cota da soleiraNFb = cota do fundo da bacia de dissipao

NFb resulta da diferena da cota do leito do canal de restituio menos h,profundidade da bacia.

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Estimativa Preliminar da Profundidade da Bacia de Dissipao

Por no ser conhecida a profundidade da bacia (h), numa aproximao inicial,determina-se o valor do desnvel D pela diferena entre o nvel mximo maximorum

do reservatrio e a cota da interseo (terica) do leito do canal de restituio com acalha inclinada (Figura 47).

Da anlise das Figuras 42, 45 e 47 verifica-se que a confluncia do canal de res-tituio com o crrego Lambedor se d na seo batimtrica V, 60 m a jusante do eixoda barragem, e que nessa seo o leito do crrego encontra-se na cota 137,35 m.

A extenso aproximada do canal de restituio, incluindo a bacia de dissipao, de 50 m, entre o final do rpido e o crrego, com declividade de 0,0025 m/m.

Com o comprimento do canal (50 m), a declividade (0,0025 m/m) e a cota doleito na seo de jusante (137,35 m), pode-se estimar a cota do leito do canal juntoao rpido:

137,35 + 50,0 x 0,0025 = 137,475 m.Assim, na estimativa inicial, tem-se:D=142,5 137,475 = 5,025 m

ou, aproximadamente,D=5,03 m

Primeira estimativa de v1 : pode-se considerar, simplificadamente, toda a ener-gia potencial entre a superfcie lquida do reservatrio e o fundo da bacia de dissipa-o transformando-se em cintica (equao 16):

ento, o valor de v1 resulta da expresso

v1 = 9,93 m/s

Substituindo-se esse valor na expresso (22)

resultay1 = 0,161 m

Na seqncia, calcula-se o valor do Nmero de Froude na seo 1, na entradada bacia, substituindo-se os valores encontrados para v1 e y1 na equao (15):

F1 = 7,90

Dos valores das alturas y1=0,161 m e y3=1,15 m , tem-se


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Pequena Barragem

Com os valoresF1 = 7,90 e y3/ y1 = 7,14 ,

determina-se um ponto no grfico da Figura 46, situado entre as curvas paramtricas

Por interpolao, determina-se o valor de h/y1 para o ponto encontrado:

Da expresso, tem-seh = 2,7 y1 = 2,7 0,161

h = 0,44 m

Estabelece-se, assim, um valor inicial para a cota do fundo da bacia:

NFb = 137,475 0,44 = 137,035 m

Figura 47. Perfil sem escala do canal extravasor que mostra o desnvel entre o reservatrio e o canal de restituio.


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Verificao das Dimenses da Bacia de Dissipao

Aps a estimativa preliminar de h se tem uma idia mais aproximada do desnvel en-tre o N.A. mx max do reservatrio e o leito da bacia. Para compensar perdas por atrito,

adota-se para o desnvel D a seguinte expresso:

comH = 0,8 m

NS = 141,7 m

NFb = 137,035 m (resultante da estimativa preliminar)

D = 5,065 m

A partir desse novo valor de D, adotando-se o mesmo desenvolvimento e ex-presses do item anterior, calculam-se novamente os valores de v1 , y1 , F1 e y3/y1:

v1 = 9,96 m/s

y1 = 0,161 m

F1 = 7,94

y3/ y1 = 7,16

Com o novo par de valores de F1 e y3 / y1 (7,94; 7,16), e o uso do grfico daFigura 46, determina-se

h / y1 = 2,67

e

h = 0,43 mprofundidade da bacia de dissipao.Da Figura 46, obtm-se a relao caracterstica do modelo de bacia utilizado:x = 5 (h +y3 )

Substituindo-se os valores de y3 e h:x = 5 (0,43 + 1,15)

x = 7,89 m

Como dimenses de projeto, adotou-se uma bacia de dissipao de energia emconcreto armado, includa no canal retangular, com largura b = 2,5 m, comprimentox = 8,0 m, profundidade h = 0,45 m e cota do fundo NFb = 137,03 m.


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Pequena Barragem

PLANTA E CORTESDO CANAL

EXTRAVASOR DE

SUPERFCIE

Figura 48. Planta e cortes do canal extravasor de superfcie.

A partir das definies do vertedor, do rpido, da bacia de dissipao de energia edo canal de restituio foram elaboradas as Figuras 48 e 49, que apresentam planta eperfil longitudinal do canal extravasor acompanhados de algumas sees transversais.


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Figura 49. Perfil longitudinal do canal do vertedor (pelo eixo do canal).

Trecho Forma da seo b (m) L (m) i (m/m) Revestimento

1 canal de aproximao trapezoidal varivel 27,0 0 terra

2 canal do vertedor retangular 3,6 4,0 0 concreto

3 canal do vertedor retangular 3,6 20,0 0,0050 concreto

4 rpido retangular 3,6 a 2,5 20,0 0,2040 concreto

5 bacia de dissipao retangular 2,5 8,0 0 concreto

6 transio retangular para trapezoidal 2,5 a 1,5 2,0 0,0025 concreto

7 canal de restituio trapezoidal 1,5 40,0 0,0025 terra

b = largura da base; L = extenso; i = declividade.


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Pequena Barragem

Como citado pgina 82, o descarregador de fundo importante tanto na fase de

execuo da barragem, quando utilizado como estrutura de desvio, quanto poste-riormente, por possibilitar a operao do reservatrio se necessrio.

As Figuras 50, 51 e 52, mostram plantas, cortes e detalhes do descarregador defundo, constitudo de duas partes: galeria de 22,5 m de comprimento, com 15 tubosde concreto de 1,5 m de comprimento e 0,80 m de dimetrocom 0,5% de declividade,e torre de seo retangular, construda em estrutura de concreto armado e alvenaria,com 1,6 m x 1,2 m de medidas internas, laje de fundo na cota 138,0 m e arrematesuperior na cota 142,7 m (20 cm acima do N.A.mx max ).

A parede frontal da torre ter uma abertura de 0,5 m, em toda sua altura(4,7 m), com canaletas de metal para a fixao de pranchas de madeira sobrepostas

(stop-logs).Esse sistema de pranchas, encaixadas entre si e nas canaletas verticais, permi-tir o fechamento do desvio da gua do crrego pela galeria, possibilitando o enchi-mento do reservatrio. Se necessrio, com a finalidade de reduzir o nvel da represa, aqualquer momento as pranchas podem ser retiradas uma a uma, de cima para baixo,para reforma ou manuteno do macio, do canal do vertedor, ou do prprio descar-regador de fundo.

Controle das Vazes Efluentes nos Perodos de EstiagemPara melhor controlar as vazes a ser mantidas para jusante, deve-se prever a

instalao de um registro, do tipo gaveta ou vlvula borboleta, na parede da torre dodescarregador de fundo, prximo a sua base. Esses equipamentos mecnicos permi-tem regular com mais preciso as vazes efluentes na estiagem.

DESCARREGADORDE FUNDO

A utilizao de um dimetrode 0,8 m, no mnimo, para agaleria do descarregador de

fundo, deve-se necessi-dade de inspees visuais

internas para identificaode possveis vazamentosou problemas estruturais

e para dar mais segurana

ao escoamento das vazesdo curso dgua na fase deconstruo, quando funcio-

na como desvio.

Figura 50. Detalhe do descarregador de fundo.


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Figura 51. Tomada dgua do descarregador de fundo.

Figura 52. Emboque e desemboque do descarregador de fundo.


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Pequena Barragem

Vazes de EstiagemAo outorgar barramentos, o DAEE exige que os mesmos no interrompam o

fluxo do rio e que vazes mnimas sejam mantidas para jusante. Para a estimativa devazes de estiagem adota-se como referncia a varivel hidrolgica Q7,10 (mnima

mdia de sete dias consecutivos e perodo de retorno de 10 anos).Para no haver interrupo do fluxo natural para jusante, o enchimento do

reservatrio dever ser feito durante o perodo de chuvas.No caso deste projeto, para a estimativa da vazo mnima natural na seo

do barramento foi consultado o Estudo de Regionalizao de Variveis Hidrolgicas(DAEE/1994). Com as coordenadas (geogrficas ou UTM) da seo da barragem, ecom a rea de drenagem da bacia, 1,87 km2, so obtidos os seguintes valores:

P= 1.200mm/ano, precipitao total anual mdia de longo perodo;Q =13 l/s = 46,8 m3/ h, vazo mdia plurianual;Q7,10 = 2,7 l/s = 9,7 m

3/ h (233 m3/dia).

importante, para usurios situados a jusante, e a fim de manter vivo ocurso dgua, que a estrutura de descarga de fundo tenha condio de deixar passarpara jusante, com algum controle, vazes de pequeno valor como a Q7,10 , ou, ainda,menores, na fase de enchimento do reservatrio e tambm posteriormente.

Enchimento do ReservatrioPode-se estimar o tempo de enchimento do reservatrio que se formar aps a

implantao do barramento projetado.O nvel a ser atingido o NAnormal = 141,7 m , cota da crista da soleira do

vertedor, para a qual estimou-se um volume armazenado de 65.075 m3 (Figura 36).Por meio de clculos aproximados pode-se verificar qual o volume afluente ao

reservatrio durante o perodo de chuvas:a) volume total precipitado sobre a bacia (187 ha) durante um ano:1,200 m x 1.870.000 m2 = 2.440.000 m3

b) considerando que, aproximadamente, 70% das chuvas anuais ocorrem entreoutubro e maro (seis meses) e que cerca de 30% da precipitao resulta em escoa-mento superficial direto, tem-se:

2.440.000 x 0,7 x 0,3=471.240 m3

Estima-se, portanto, em, aproximadamente, 14% (65.075/471.240) a rela-o entre o volume do reservatrio a ser formado e os volumes afluentes seo do

barramento durante os seis meses do perodo de chuvas da regio.


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REFERNCIASBIBLIOGRFICAS

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