Projecto construcao de represa
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INSTITUTO SUPERIOR POLITÉCNICO DE SONGO
(ISPSongo)
ENGENHARIA HIDRÁULICA
(4º Ano)
Cadeira: Projecto de Barragens
Projecto de construção de uma Represa
Discentes (Grupo I):
Samito Naife
Nicolau Gabriel
Manuel Gaspar
Docente: Ezequiel Carvalho
Songo, Setembro de 2014
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I i
AGRADECIMENTOS
Ao Eng.º Fabião Nhampossa por ter disponibilizado a carta topográfica da vila de Songo.
Aos agricultores e proprietários de hortas por ter dado a conhecer o comportamento hidrológico
do curso principal de água, com respeito aos senhores Tozé Armando Gonçalves, Ernesto
Catemba e ao tecedor de esteiras Gelito Mazena.
Ao técnico construtor Carlos Pack Lean e ao Eng. º Andre Arão por terem fornecido as curvas
granulométricas dos materiais de construção.
Agradecemos também a todos que, directa ou indirectamente, contribuíram para a concretização
do presente projecto.
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I ii
ÍNDICE
1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................................... 1
1.1. Objectivos......................................................................................................................... 1
1.1.1. Objectivo geral .......................................................................................................... 1
1.1.2. Objectivos específicos .............................................................................................. 2
1.2. Metodologia ..................................................................................................................... 2
1.3. Resultados esperados........................................................................................................ 2
2. AVALIAÇÃO DO LOCAL PARA A CONSTRUÇÃO DE REPRESA ............................... 2
2.1. Localização Geográfica da bacia de Guto ........................................................................ 3
2.2. Descrição da bacia de Guto .............................................................................................. 4
2.2.1. Clima ......................................................................................................................... 5
2.2.2. Geologia .................................................................................................................... 5
2.2.3. Relevo ....................................................................................................................... 5
2.3. Reconhecimento Topográfico .......................................................................................... 6
2.4. Reconhecimento Geológico ............................................................................................. 6
2.5. Visitas de Campo ............................................................................................................. 6
2.6. Critério de avaliação do local para construção de uma barragem .................................... 7
2.7. Identificação de locais para construção de represa .......................................................... 8
2.7.1. Alternativa (A-A) ...................................................................................................... 8
2.7.2. Alternativa (B-B) ...................................................................................................... 9
2.8. Escolha da melhor alternativa .......................................................................................... 9
2.8.1. Vantagens e inconvenientes ...................................................................................... 9
2.8.2. A melhor alternativa ............................................................................................... 10
3. DIMENSIONAMENTO DA REPRESA .............................................................................. 11
3.1. Levantamento Plani-altimetrico ..................................................................................... 11
3.2. Volume de Água armazenada ........................................................................................ 11
3.2.1. Volume total............................................................................................................ 11
3.2.2. Volume morto ......................................................................................................... 12
3.2.3. Volume útil ............................................................................................................. 15
3.3. Dimensionamento de inclinação dos taludes ................................................................. 15
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I iii
3.3.1. Pré-dimensionamento dos Taludes de Montante e de Jusante ................................ 15
3.3.2. Verificação da estabilidade ..................................................................................... 16
3.4. Altura da Barragem ........................................................................................................ 16
3.4.1. Folga normal e mínima ........................................................................................... 16
3.4.2. Cota de coroamento ................................................................................................ 17
3.4.3. Nivel de maxima cheia............................................................................................ 17
3.5. Sobreelevação................................................................................................................. 18
3.6. Largura do coroamento .................................................................................................. 18
3.7. Largura da base da Barragem ......................................................................................... 18
3.8. Descarregador de cheia .................................................................................................. 19
3.8.1. Caudal de pico......................................................................................................... 19
3.8.2. Caudal de Projecto .................................................................................................. 22
3.8.3. Caudal descarregado ............................................................................................... 22
3.8.4. Largura da soleira do descarregador ....................................................................... 22
3.9. Tomada de Água ............................................................................................................ 22
3.10. Descarregador do fundo .............................................................................................. 23
3.10.1. Caudal por descarregar ........................................................................................ 23
3.10.2. Diâmetro do descarregador do fundo .................................................................. 24
3.11. Acção sísmica ............................................................................................................. 24
3.11.1. Verificação da estabilidade de taludes devido ao sismo ..................................... 24
3.11.2. Onda na albufeira devido ao sismo ..................................................................... 25
3.12. Protecção dos paramentos .......................................................................................... 26
3.12.1. Protecção do paramento de Montante ................................................................. 26
3.12.2. Protecção do paramento de Jusante ..................................................................... 29
3.13. Cálculo do volume de terra ......................................................................................... 29
3.13.1. Perfil transversal da barragem ............................................................................. 29
3.13.2. Perfil Longitudinal da barragem ......................................................................... 29
3.13.3. Volume de terra ................................................................................................... 30
3.14. Dimensionamento de filtro e drenos ........................................................................... 31
3.14.1. Curva granulométrica dos materiais para filtros, drenos e da barragem ............. 31
3.14.2. Calculo dos diâmetros característicos dos materiais ........................................... 32
3.14.3. Verificação dos materiais para filtro e dreno ...................................................... 33
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I iv
3.14.4. Caudal percolado através da barragem................................................................ 34
3.14.5. Dimensionamento da capacidade do filtro .......................................................... 36
3.14.6. Dimensionamento da capacidade do dreno ......................................................... 37
4. PLANO DE INSPECÇÃO E OBSERVAÇÃO DA REPRESA ........................................... 41
4.1. Determinação dos factores de riscos .............................................................................. 41
4.1.1. Condições Externas ou Ambientais ........................................................................ 41
4.1.2. Condições de fiabilidade da obra ............................................................................ 41
4.1.3. Condições associadas a potenciais riscos humano/economicos ............................. 42
4.1.4. Índice global............................................................................................................ 42
4.2. Sistema de observação ................................................................................................... 43
4.2.1. Grandezas a medir................................................................................................... 43
4.2.2. Dispositivos recomendados .................................................................................... 43
4.3. Frequências de leitura em condições normais ................................................................ 43
4.3.1. Fase de construção .................................................................................................. 43
4.3.2. Fase de primeiro enchimento e esvaziamento rápido ............................................. 43
4.3.3. Fase de exploração .................................................................................................. 44
5. CONCLUSÃO ...................................................................................................................... 45
6. RECOMENDAÇÕES ........................................................................................................... 46
7. BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................. 47
8. ANEXOS .............................................................................................................................. 48
ANEXO 1: Morfologia da Bacia Guto (Sub-Bacia 2) .................................................................. 48
9. ANEXO 2: Fotos via satélite (Sub-Bacia 2) ......................................................................... 49
10. ANEXO 3: Visita de Campo.............................................................................................. 52
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 1
1. INTRODUÇÃO
O presente projecto visa a construção de uma represa com a finalidade de abastecimento de água
para irrigação das hortas existentes no vale do riacho Guto e Promoção da piscicultura do peixe
tilápia (pende).
Quanto a organização do presente projecto, será constituída por duas partes que compreende a
escolha do local para construção e o dimensionamento da represa.
Na fase da escolha do local da construção da represa, serão considerados factores como o acesso,
disponibilidade de materiais, assuntos relacionados com a posse da terra, preocupações
ambientais, necessidades da comunidade, distância até à fonte de electricidade mais próxima e
inundação de estradas, pontes e edifícios.
Também nesta fase far-se-á uma caracterização da Bacia em relação ao Relevo, Clima, Geologia,
Reconhecimento Topográfico de forma que estes dados possam ser úteis para outros fins
académicos.
Na fase do dimensionamento, tomar-se-á em consideração que a barragem terá altura uma
prevista não superior a 15 metros e uma capacidade de armazenamento da albufeira não superior
a 1.000.000 m3 por se tratar de pequena barragem de acordo com o Regulamento de Pequenas
Barragens e outras Normas de barragens.
A barragem escolhida será de aterro e homogénea visto que adequa-se a qualquer tipo de vale,
minimizando os custos através de utilização de materiais naturais sendo adequado para este tipo
de solução.
É de salientar que alguns dados utilizados no dimensionamento foram estimados no terreno e
outros adoptados em função da sensibilidade dos membros do grupo em comparação dos dados
disponíveis na vila de Songo e outras fontes.
1.1. Objectivos
1.1.1. Objectivo geral
Projectar uma represa no rio Guto com a finalidade Abastecer água para irrigação das hortas
existentes no vale do riacho Guto; e Promoção da piscicultura do peixe tilápia (pende).
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 2
1.1.2. Objectivos específicos
Escolher o Local para a construção da Represa;
Dimensionamento da Represa;
Estabelecer o plano de inspecção e observação da Represa.
1.2. Metodologia
Para a realização do presente trabalho recorreu-se á pesquisa de manuais didácticos disponíveis,
pesquisas na internet e estudos de campo e de gabinete.
Alguns dados que caracterizam a sub-bacia foram obtidos com base em operações facultadas
pelo uso de mapas digitais usando dois Softwares nomeadamente:
Quantum GIS (SIG)1; e
Google Earth.
Com estes programas, foi possível determinar as coordenadas (do ponto inicial e final) e o
comprimento do curso principal de água da bacia em estudo com respeito a totalidade da sua área
drenante (Vila de Songo – planalto rodeado por montes) e sua localização no Mapa de
Moçambique.
1.3. Resultados esperados
Com este trabalho espera-se que a estrutura funcione adequadamente para os fins pelos quais ela
será concebida.
2. AVALIAÇÃO DO LOCAL PARA A CONSTRUÇÃO DE REPRESA
1 SIG- Sistema de Informação Geográfica.
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 3
2.1. Localização Geográfica da bacia de Guto
A bacia do Guto localiza-se na vila do Songo.
A vila do Songo é uma localidade do distrito de Cahora Bassa na província de Tete, em
Moçambique, com sede na vila de Chitima, tem limite, a norte o distrito de Marávia, a oeste com
o distrito de Mágoè, a sul com o Zimbabué, a leste com o distrito de Changara e a nordeste com
o distrito de Chiuta.
Figura 1: Província de Tete (Fonte: Atlas de Moçambique 2009.)
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 4
Figura 2: Localização da Vila de Songo (Base: GIS – Sistema de Informação Geográfica)
2.2. Descrição da bacia de Guto
A vila de Songo localiza-se num planalto rodeado por montes, constituindo uma espécie de bacia
hidrográfica que alimenta um riacho de nome Guto, cujas águas correm no sentido Este – Oeste e
desagua na albufeira de Cahora Bassa.
A bacia hidrográfica do Guto é composta por três sub-bacias, nomeadamente:
Sub-bacia 1: da nascente do riacho (próximo das casas tipo A Sul) até à intersecção do
riacho com a avenida Armando Emílio Guebuza (próximo da antiga DA);
Sub-bacia 2: da intersecção do riacho com a avenida Armando Emílio Guebuza até à
intersecção do riacho com a estrada que vai à barragem/central (no Acampamento
Africano);
Sub-bacia 3: da intersecção do riacho com a estrada que vai à barragem/central até à foz.
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 5
Para o estudo em causa cingir-se-á na sub-bacia 2, por ser a zona de concessão para implantação
do projecto. O curso principal da sub-bacia 2 tem um comprimento de aproximadamente 4,500
metros.
Nas margens do riacho principal desenvolvem-se actividades agrícolas de carácter familiar e de
subsistência.
2.2.1. Clima
O distrito de Cahora Bassa é influenciado pelo clima do tipo tropical seco onde as precipitações
médias anuais variam entre 0 à 400 mm, concentrando-se no período compreendido entre
Novembro e finais de Março podendo localmente estender-se até Maio. As temperaturas médias
anuais são acima de 26 °C, facto que desencoraja a prática de agricultura devido ao défice
hídrico.
2.2.2. Geologia
É dominada por solos líticos2 e não drenados. Ocorrem ainda solos aluvionares provenientes de
desgastes das rochas e transportados pelas águas correntes para zonas baixas) ao longo das linhas
de drenagem natural.
No distrito de Cahora-Bassa, vila de Songo, predomina formações sedimentares.
2.2.3. Relevo
A região tem uma altitude média, compreendendo planaltos baixos, médios, sub-planaltos e
montanhas que abrangem altitudes que variam de 675 à 850 metros acima do nível médio das
águas do mar. O relevo apresenta declives que variam de suavemente ondulados a fortemente
dissecados.
2 Solos com muita pedra
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 6
2.3. Reconhecimento Topográfico
Foi possível reconhecer a morfologia da sub-bacia pelo recurso à uma planta topográfica de
Songo à escala 1:10´000 com curvas de nível espaçadas (intervalo de contorno) de 5 metros.
Não efectuou-se o estudo de fotografias aéreas para uma primeira análise dos possíveis locais
para a construção da represa, pelo que foi necessário determina-los a quando da realização da
visita de campo que foi viável por tratar-se de um vale de uma bacia hidrográfica relativamente
pequena.
2.4. Reconhecimento Geológico
A caracterização geológica do local foi possível a partir da revisão bibliográfica e baseou-se na
informação geológica disponível no Atlas de Moçambique (2009) com respeito a região em
estudo.
Observação superficial ao longo da sub-bacia 2, não foi possível proceder abertura de trincheiras
para detecção de possíveis falhas, reconhecimento das camadas subjacentes a superfície do solo
de fundação devido a indisponibilidade de recursos (equipamentos).
Não foram feitos estudos de exploração geofísica, nem sondagens para caracterização geológica
mais detalhada do local pelo que assumiram-se algumas características tendo em consideração
que nas proximidades da região encontra-se a barragem de Cahora Bassa, pois sendo esta uma
grande estrutura de grande envergadura, é sabido que nela foram feitos trabalhos muito precisos
para a caracterização geológica da região, daí a conclusão de que esta sub-bacia tenha mesmas
características.
2.5. Visitas de Campo
Como já foi referido acima, a maior parte da caracterização efectiva da sub-bacia foi baseada nas
conclusões obtidas a partir dos estudos de visitas de campo. O trabalho de campo permitiu a
interacção do pessoal afecto ao projecto com as comunidades vizinhas que habitam e/ou dedicam
suas actividades ao longo das margens do curso principal de água da sub-bacia em estudo, que
são na maioria pequenos agricultores e proprietários de hortas, identificou-se também actividades
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 7
associadas ao uso da água mas com menor predominância como, lavagem de britas e tecelagem
de esteiras.
As melhores alternativas de possíveis locais para a construção da represa foram identificadas
como resultado de uma busca minuciosa e criteriosa “in situ” baseada no tópico 2.4 dos
apontamentos do professor Carmo Vaz e do tópico 5 do manual de pequenas barragens da FAO.
2.6. Critério de avaliação do local para construção de uma barragem
Segundo o Professor Doutor Álvaro Carmo Vaz, em condições ideais, o local de uma barragem
devia preencher os seguintes requisitos:
a) Situar-se numa secção estreitas do vale. A razão é obviamente o tornar possível uma
barragem de custo mais baixo. Há, no entanto, que tomar a atenção ao facto de que vales
muitos estreitos podem dificultar a colocação de órgãos hidráulicos e complicar o
problema da dissipação de energia.
b) Estar a jusante dum vale aberto para que a albufeira criada pela barragem tenha uma
grande capacidade de armazenamento.
c) Ter boas condições de fundação (rocha sã a pequena profundidade, inexistência de falhas
importantes, solos compactos e pouco permeáveis).
d) A geologia do vale a montante, onde se vai localizar a albufeira, mostrar não haver
problemas de rochas cársicas, solos permeáveis ou possibilidade de deslizamento nas
encostas.
e) Possibilitar a extracção de materiais de construção necessários (solos, agregados).
f) Ter acessos fáceis.
Como é evidente, estas condições raramente são preenchidas na totalidade pelo que é necessário
procurar uma solução de compromisso.
A selecção do local da barragem não deve ser feita sem se considerarem 2 ou 3 locais
alternativos, pesando cuidadosamente as vantagens e inconvenientes de cada um deles.
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 8
A escolha dum local deve atender também a outros factores dependentes das finalidades da
barragem e das especificidades da região, como por exemplo:
Possibilidade de aproveitamento duma queda para produção de energia;
Áreas de interesse económico, social ou cultural e infra-estruturas que possam ser
inundadas pela albufeira (aldeias que têm de ser deslocadas, estradas e caminhos-de-ferro
que ficam submersos, etc.).
2.7. Identificação de locais para construção de represa
De acordo com as características morfológicas da sub-bacia 2, e requisitos recomendados para a
localização de uma represa, foram identificados lugares possíveis dos quais seleccionou-se dois
por cumprirem naturalmente com grande parte dos critérios.
Figura 3: Identificação do local para a construção da Represa (alternativa A-A e B-B)
2.7.1. Alternativa (A-A)
Vale aberto;
Esta a jusante de um vale aberto;
Boas condições de fundação (solos líticos e não drenados);
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 9
Não há problemas de rochas cársicas, os solos são impermeáveis e não há
possibilidade de deslizamento nas encostas visto que o local é rochoso;
Disponibilidade do material de construção à 30 quilómetros do local (Chitima);
Localizada perto da estrada que vai até a barragem de Cahora Bassa, sendo assim um
local de fácil acesso.
2.7.2. Alternativa (B-B)
Vale estreito;
Esta a jusante de um vale aberto;
Condições de fundação: solos consistentes a pequenas profundidades;
Inexistência de rochas cársicas, solos permeáveis e possibilidades de deslizamento
nas encostas;
Disponibilidade do material de construção à 30 quilómetros do local (Chitima);
Local de fácil acesso.
2.8. Escolha da melhor alternativa
De acordo com as características apresentadas dos dois locais alternativos, elas reúnem com
grande parte dos requisitos de selecção do local para construção de uma represa.
Sendo assim, há que escolher dos dois locais o que vai ter mais vantagens e menos
inconvenientes em detrimento da outra na sua construção e exploração.
2.8.1. Vantagens e inconvenientes
Alternativas Vantagens Inconvenientes
A-A
Baixo custo económico (Não será
necessário desapropriação das
áreas irrigadas devido a inundação
da albufeira);
Baixo custo devido ao acesso;
Custo de investimento e
exploração (Custos de tubagem e
bombagem);
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 10
Proporciona boas condições para a
prática de piscicultura;
Facilidade de Acesso
Maior desnível topográfico
Melhores condições de fundação;
Maior estabilidade das encostas;
B-B
Baixo custo inicial de
investimento;
Albufeira perto das áreas
agrícolas;
Baixo custo de exploração.
Alto custo económico (haverá
necessidade de desapropriação
das áreas irrigáveis devido a
inundação da albufeira);
Maior área inundada com
profundidades não adequadas
para a prática da piscicultura;
Encostas da albufeira propensas a
erosão;
Dificuldade de acesso (existência
da conduta da água de maior
diâmetro que impede o
movimento de maquinarias para o
local);
2.8.2. A melhor alternativa
De acordo com as vantagens e inconvenientes de cada alternativa, o grupo decidiu escolher a
alternativa A-A como sendo a melhor porque apesar de ter custos de exploração, ela apresenta
mais vantagens e satisfaz as finalidades da represa comparativamente com a alternativa B-B.
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3. DIMENSIONAMENTO DA REPRESA
3.1. Levantamento Plani-altimetrico
De acordo com a carta topográfica da vila do Songo (anexo 1), foram obtidos os dados, na tabela
abaixo, do local da implantação da represa.
Curva Cota Area (m2)
0 780 -
1 781 50,00
2 782 200,00
3 783 375,00
4 784 788,00
5 785 1.150,00
6 786 1.463,00
7 787 1.763,00
8 788 2.025,00
3.2. Volume de Água armazenada
3.2.1. Volume total
∑
(
) ( )
Curva Cota Area (m2) Vi
0 780 - -
1 781 50,00 25,00
2 782 200,00 125,00
3 783 375,00 287,50
4 784 788,00 581,50
5 785 1.150,00 969,00
6 786 1.463,00 1.306,50
7 787 1.763,00 1.613,00
8 788 2.025,00 1.894,00
Volume Total 6.801,50
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3.2.2. Volume morto
a) Caudal afluente anual
Para a estimação do caudal afluente anual, realizou-se uma medição a vau e de seguida
multiplicada por 31536000 segundos correspondente a um ano. Os cálculos são como se segue:
Comprimento da faixa longitudinal do rio: L = 5 metros
Tempo estimado da duração da rolha: t=09 minutos e 36 segundos
Secção transversal inicial e final e a estimação das respectivas áreas:
Secção Inicial
i h (cm) L (cm) Ai (cm2)
0 0 0 0
1 18 100 900
2 34 200 2600
3 47 300 4050
4 49 400 4800
5 0 480 1960
Area total (cm2) = 14310
Area total (m2) = 1.43
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Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 13
Secção final
i h (cm) L (cm) Ai (cm2)
0 0 0 0
1 13 100 650
2 18 200 1550
3 33 300 2550
4 24 400 2850
5 0 490 1080
Area total (cm2)= 8680
Area total (m2)= 0.87
Cálculo da secção média:
Cálculo da velocidade:
( )
Cálculo do caudal:
Volume anual:
b) Concentração média dos sedimentos: 100 ppm (Adoptado)
c) Capacidade total da albufeira: Vt = 6801,50 m3
d) Porosidade média dos sedimentos: η = 0.4
e) Massa específico dos sedimentos: ρs =2650kg/m3
f) Período de retorno: T=50 anos
g) Estimativa de volume morto:
Massa de água
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Massa de sedimentos
100kg------------------------106kg
ms-------------------------315360000kg
ms = 31536kg
Volume de sedimentos aparente
Volume de sedimento retidos
Volume útil retido
Regularização específica
Coeficiente de retenção (Abaco de Brune)
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- Volume morto:
- Volume morto para uma vida útil de 50 anos:
- Altura correspondente ao volume morto (interpolado na tabela ---)
( )
( ) ( )
3.2.3. Volume útil
3.3. Dimensionamento de inclinação dos taludes
Tendo em vista que a barragem será homogénea e o material a ser usado para sua construção será
areia de boa granulometria, compacta. O ângulo do atrito interno é de ø = 46º, coesão c = 0 e o
coeficiente de pressão intersticial ru=0,1.
Em geral, para solos, as inclinações dos taludes variam de 1:2 à 1:3,5 e o coeficiente de
segurança global FS = 1,5.
3.3.1. Pré-dimensionamento dos Taludes de Montante e de Jusante
(
)
(
)
Como a inclinação do talude está fora do intervalo recomendado (1:2 à 1:3,5), adopta-se:
Para o paramento de montante: 1:3(v:h)
Para o paramento de Jusante: 1:2 (v:h)
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 16
3.3.2. Verificação da estabilidade
( )
(
)
De acordo com o ábaco do anexo XXX:
(
) ( )
(
) ( )
Interpolando para
(
) ( )
3.4. Altura da Barragem
3.4.1. Folga normal e mínima
Características da albufeira e da barragem:
Fetch máximo: 0,05 km = 50 m (anexo)
Fetch efectivo: 0,04 km = 40 m
Inclinação do talude de montante: 1:3 (v:h)
Projecto de construção de uma Represa
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Coeficiente do vento sobre albufeira: Q=1,1
Profundidade média da albufeira: seja D = 5 metros
Velocidade do vento sobre a terra: V=70km/h =19,44 m/s
N.B.: Para folga mínima será multiplicada por 2/3 a velocidade do vento sobre a terra.
Designação Formulas Normal Mínima
Velocidade na Albufeira (m/s)
21,384 14,256
Altura da onda (m) (
)
0,112846 0,073423
Período da Onda (s)
0,940472 0,786802
Comprimento da onda (m) 1,379799 0,96573
Altura da Honda de projecto (m) 0,188453 0,122616
H0/Lw - 0,13658 0,126967
R/H0 (retirado no abaco) - 1,36 1,36
R (m) - 0,256296 0,166757
S -Elevação da agua devido ao vento (m)
0,000956 0,000425
Folga (m) { } 0,257252 0,167182
Como as folgas normal e mínima estão abaixo das recomendadas então, serão consideradas os
valores mínimos (Regulamento de Pequenas Barragens - artigo11º)
Folga normal:
Folga mínima:
3.4.2. Cota de coroamento
Seja:
3.4.3. Nível de máxima cheia
Altura da barragem
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 18
3.5. Sobreelevação
3.6. Largura do coroamento
Designação Formula (m)
Bureau of Reclamation
5,20
Preece √ 3,56
Regulamento Japonês √
4,60
Como não haverá a circulação de veículos, para o presente projecto será assumida a menor
largura:
3.7. Largura da base da Barragem
( )
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 19
3.8. Descarregador de cheia
3.8.1. Caudal de pico
Coeficiente de escoamento
( )
Onde são coeficiente de declive do terreno, permeabilidade do solo e cobertura
vegetal, respectivamente.
Tabela: Coeficiente para bacias em áreas não urbanizadas (Fonte: Manual de Hidrologia - Dr.
Álvaro Carmo Vaz)
Tabela: Efeito de período de retorno (Fonte: Manual de Hidrologia - Dr. Álvaro Carmo Vaz)
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 20
}
( )
Intensidade de precipitação
Tabela: Curva IDF de Maputo (Fonte: Regulamento do Sistema Público de Distribuição de
Água e de Drenagem de Águas Residuais - Moçambique)
T (anos) 2 5 10 20 25 50
a 534,0468 694,504 797,3841 896,5751 930,8815 1026,694
b -0,6075 -0,59383 -0,5869 -0,58197 -0,58119 -0,57749
{
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Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 21
( )
Tempo de concentração (tc):
( )
Onde
L – Comprimento do curso principal (em Km);
– Inclinação média do curso principal (em metros);
( )
⁄
Para a zona de Songo,
⁄
Caudal de pico
Área da bacia:
Área de contribuição:
⁄
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 22
3.8.2. Caudal de Projecto
⁄
3.8.3. Caudal descarregado
⁄
⁄ ⁄
3.8.4. Largura da soleira do descarregador
√ ⁄
√ ⁄
√ ⁄
Verificação da velocidade
⁄ ⁄
3.9. Tomada de Água
Tubo PVC: {
⁄ ⁄ ( )
Perda de carga
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 23
Cálculo do diâmetro
(
)
[ (
)
]
[ (
)
]
(Valor mínimo recomendado no Regulamento de Pequenas Barragens –
Artigo 13º )
3.10. Descarregador do fundo
Será dimensionado no caso menos favorável, considerando o não funcionamento da tomada de
água. Neste caso o caudal a considerar é o correspondente ao volume do nível de pleno
armazenamento somado ao caudal normal do rio.
Tendo em conta o volume total da albufeira gerada pela represa, será adoptado um tempo de
esvaziamento de um dia.
O material do tubo será de betão: C=120 e L = 55m
3.10.1. Caudal por descarregar
– Caudal por descarregar
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 24
– Volume total até ao nível do pleno armazenamento (6801,50 m3)
– Tempo de esvaziamento da albufeira (1 dia=86400 s)
– Caudal normal do rio (0,01m3/s)
3.10.2. Diâmetro do descarregador do fundo
(
)
[ (
)
]
[ (
)
]
(Valor mínimo recomendado no Regulamento de Pequenas Barragens –
Artigo 13º )
3.11. Acção sísmica
3.11.1. Verificação da estabilidade de taludes devido ao sismo
Será utilizada, para o cálculo do factor de segurança quanto ao sismo, a fórmula do bloco sobre
uma superfície plana.
Areia de boa granulometria, compacta: {
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 25
Talude de jusante: ( ) ( ) ( )
Aceleração de gravidade: g=9,8 m⁄s^2
Aceleração sísmica horizontal (Adoptado de acordo com o considerado na barragem de
Cahora Bassa)
Condição de segurança:
[ ( ) ( )]
( ) ( )
[ ( ) ( )]
( ) ( )
Estável!
3.11.2. Onda na albufeira devido ao sismo
Altura da água a montante da barragem: (situação mais desfavorável)
Período predominante da onda sísmica: (considerando sismos de magnitude
2,0 à 2,9 na escala de Richter).
Condição:
Altura da onda devido ao sismo
√( )
√( )
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Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 26
Seja:
Solução:
3.12. Protecção dos paramentos
3.12.1. Protecção do paramento de Montante
O dimensionamento da camada de protecção consiste na determinação da dimensão e
composição granulométrica das diversas camadas que a compõem:
Espessura da camada do enrocamento
√
( )( )
Onde:
Massa volúmica dos blocos de enrocamento (material RIP RAP)
Projecto de construção de uma Represa
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Peso volúmico da rocha (material RIP RAP)
Altura de projecto da onda
Ângulo do enrocamento com a horizontal que é igual a inclinação do talude (1: 3)
São determinados experimentalmente:
1. TAYLOR ICOLD (Com Danos) ICOLD (Sem Danos)
a = 2,6 a = 3 a = 3
b = 1,00 b = 1 b = 0,67
kd = 3,20 kd = 4,37 kd = 3,62
W50 = 0,02 kN W50 = 0,01 kN W50 = 0,02 kN
W100 = 0,09 kN W100 = 0,03 kN W100 = 0,06 kN
W0 = 0,01 kN W0 = 0,00 kN W0 = 0,00 kN
% que passa
D(m) Volume
(m3) % que passa
D(m) Volume
(m3) % que passa
D(m) Volume
(m3)
100 0,17 0,00370 100 0,12 0,00 100 0,15 0,00242
50 0,11 0,00093 50 0,08 0,00 50 0,09 0,00061
0 0,07 0,00023 0 0,05 0,00 0 0,06 0,00015
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Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 28
Espessura da camada
1,5*D50 Dmax h
Taylor 0,16 0,17 0,17
ICOLD com danos 0,12 0,12 0,12
ICOLD sem danos 0,14 0,15 0,15
Espessura do enrocamento:
Espessura da camada do filtro de transição
TABELAxxxx: Espessura da camada de transição em função da altura da onda
Altura da onda (m) Espessura da camada de transição (mm)
0 – 1,2 150
1,2 – 2,4 225
2,4 – 3,0 300
Altura da onda de projecto: ⇒
Espessura da camada de transição:
0
20
40
60
80
100
120
0.01 0.10 1.00
Taylor ICOL (Com Danos) ICOLD (Sem Danos)
Diametro das particulas
% q
ue
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Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 29
3.12.2. Protecção do paramento de Jusante
Para a protecção do paramento de jusante, será feita usando revestimento vegetal. Serão
utilizadas espécies de plantas de crescimento espontâneo existentes na vila de Songo desde que
não seja de maior porte.
3.13. Cálculo do volume de terra
3.13.1. Perfil transversal da barragem
Largura de coroamento: 3,60 m
Altura da barragem: 9,50 m
Inclinação de montante (1:h): h = 3
Inclinação de jusante (1:h): h = 2
3.13.2. Perfil Longitudinal da barragem
Os dados para o estabelecimento do perfil longitudinal, foram adquiridos da seguinte forma:
Comprimento do coroamento (120 m): obtido através do mapa da bacia do Guto
em anexo XXX.
Talude longitudinal da margem direita: (1: 2)
Talude longitudinal da margem esquerda (1: 5).
Comprimento do coroamento: 120 m
Inclinação média da margem esquerda (1:h): h=5
0
5
10
0 10 20 30 40 50 60
Barragem
Largura da base (m)
Alt
ura
(m
)
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Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 30
Inclinação média da margem direita (1:h): h=2
3.13.3. Volume de terra
Largura da barragem na base: H
Área de aterro: ( )
Posição do perfil máximo a margem esquerda:
Posição do perfil máximo a margem direita:
Onde:
Largura da base;
Altura da barragem;
Inclinação de montante;
Largura do coroamento;
Inclinação da jusante;
Inclinação da média da margem esquerda
Inclinação da média da margem direita
Largura da barragem na base 51,10 m
Área de aterro 259,83m2
Posição perfil máximo a margem esquerda 47,50 m
Posição perfil máximo a margem direita 19,00 m
Volume total de terra 22539,82m3
0
5
10
0 50 100 150
PERFIL LONGITUDINAL
Comprimento (m)
Alt
ura
(m
) MD
ME
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 31
3.14. Dimensionamento de filtro e dreno
3.14.1. Curva granulométrica dos materiais para filtros, drenos e da barragem
Abertura da malha
Material que passa através do peneiro, %
(mm) Material
para filtro Material
para dreno
Material da
barragem
125 100 100 100
63 100 100 100
40 100 100 100
31,5 100 100 100
25 100 94,3 100
20 100 83,9 100
16 100 35,5 100
12,5 100 8 100
8 94,3 0 100
6,3 83,9 0 100
4 35,5 0 100
2 8 0 99,3
1 0 0 95,3
0,5 0 0 45,2
0,25 0 0 23,2
0,125 0 0 0,8
0,063 0 0 0
0,0061 0 0 0
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 32
3.14.2. Cálculo dos diâmetros característicos dos materiais
A partir das leituras nas curvas granulométricas acima referenciadas, os diâmetros característicos
são como se seguem:
Para material do filtro:{
Para material do Dreno:{
Para material da Barragem:{
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 33
3.14.3. Verificação dos materiais para filtro e dreno
Para filtro:
Para dreno:
Condição Verificação Objectivo
D15 (filtro) ≤ 5d85 (barragem)
Assegura a capacidade de retenção
pelo filtro das partículas do solo a
proteger
D15 (filtro) ≥ 5d15 (barragem) Assegura um adequado contraste entre
os materiais
( )
( )
Destina-se a minimizar a segregação
durante a construção
Condição Verificação Objectivo
D15 (dreno) ≤ 5d85 (filtro)
Assegura a capacidade de retenção
pelo dreno das partículas do filtro
D15 (dreno) ≥ 5d15 (filtro) Assegura um adequado contraste entre
os materiais do dreno e do filtro
( )
( )
Destina-se a minimizar a segregação
durante a construção
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 34
3.14.4. Caudal percolado através da barragem
a) Determinação do coeficiente permeabilidade (k)
Curva granulométrica do material da barragem
PARÂMETROS
Dimensão (D) [mm]
Percentagem que passa (PP) [%]
Wn [%]
S'n [1/cm] Wn*S'n [1/cm]
4,00 100 0,7 21,21 14,85
2,00 99,3 4 42,43 169,71
1,00 95,3 50,1 84,85 4251,13
0,50 45,2 22 169,71 3733,52
0,25 23,2 22,4 339,41 7602,81
0,13 0,8
∑Wn*S'n = 15772,02
Porosidade (n) = 0,25 S [1/m]= 173,49
f= 1,1 k [m/s]= 1,38E-04
b) Determinação do número de fluxo e de queda de potencial
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 35
c) Determinação do caudal
Onde:
– Coeficiente de permeabilidade ( )
– Número de tubo de fluxo ( )
– Número de quedas de potencial ( )
Altura do nível do pleno armazenamento ( )
m
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 36
3.14.5. Dimensionamento da capacidade do filtro
A represa terá um filtro vertical, i = 1:
Onde é a secção do filtro (para o caso da represa em causa, terá )
a) Determinação do coeficiente de permeabilidade do filtro
Curva granulométrica do material do filtro
Parâmetros
Dimensão (D) [mm]
Percentagem que passa (PP) [%]
Wn [%]
S'n [1/cm] Wn*S'n [1/cm]
12,50 100 0,7 6,00 4,20
8,00 99,3 4 8,45 33,81
6,30 95,3 50,1 11,95 598,81
4,00 45,2 22 21,21 466,69
2,00 23,2 22,4 42,43 950,35
1,00 0,8
∑Wn*S'n = 2053,86
Porosidade (n) = 0,55 S [1/m]= 22,59
f= 1,1 k [m/s]= 2,41E-01
b) Capacidade do filtro
m
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 37
c) Verificação de segurança da capacidade do filtro
3.14.6. Dimensionamento da capacidade do dreno
∑
Onde:
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Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 38
Permeabilidade horizontal das camadas do dreno
Inclinação montante-jusante do dreno
Secção transversal das camadas do dreno
Para o presente projecto, a barragem em causa terá um dreno constituído somente por única
camada com o coeficiente de porosidade n=0,58, espessura mínima admissível igual a 0,50
metros e com uma inclinação montante-jusante de 8,5%.
a) Dimensionamento da permeabilidade do dreno
Curva granulométrica do material do Dreno
Parâmetros
Dimensão (D) [mm] Percentagem
que passa (PP) [%]
Wn [%]
S'n [1/cm] Wn*S'n [1/cm]
31,50 100 5,7 2,14 12,19
25,00 94,3 10,4 2,68 27,91
20,00 83,9 48,4 3,35 162,34
16,00 35,5 27,5 4,24 116,67
12,50 8 8 6,00 48,00
8,00 0
∑Wn*S'n = 367,10
Porosidade (n) = 0,58 S [1/m]= 4,04
f= 1,1 k [m/s]= 10,17
b) Cálculo do caudal
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 39
c) Verificação de segurança da capacidade do dreno
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 40
Tratamento das fundações
Antes de qualquer trabalho de execução estrutural da barragem serão feitas as seguintes
actividades preliminares:
Remoção do solo superficial (remoção dos solos vegetais: solos orgânicos e restos de
vegetação tais como, raízes, arbustos);
Regularização da superfície de fundação em que serão preenchidas as cavidades com
betão pobre 3 e as reentrâncias serão eliminadas de modo a permitir um funcionamento
perfeito do conjunto barragem – fundação;
Sendo o local caracterizado por formações rochosas, serão removidos todos blocos
rochosos soltos;
Injecções com caldas de cimento com uma relação A/C de 0,6, com vista a colmatar as
possíveis fendas e descontinuidades superficiais existentes e os furos de injecção estarão
espaçadas de 1,5 metros e serão feitas
As pressões na injecção das caldas serão controladas de modo a não incrementar as
fendas existentes ou fracturar o maciço.
Impermeabilização do maciço da barragem
Tratando-se de uma barragem homogénea será feita impermeabilização do paramento de
montante
3 betão com quantidades menores de cimento em relação aos outros constituintes
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 41
4. PLANO DE INSPECÇÃO E OBSERVAÇÃO DA REPRESA
4.1. Determinação dos factores de riscos
4.1.1. Condições Externas ou Ambientais
a) Sismicidade
De acordo com dados locais, a aceleração sísmica máxima local é de 2g. De acordo com
o quadro 1 (factores de apreciação das condições de risco), considerando uma aceleração
máxima de 0.02g tem-se α1=1.
b) Escorregamentos de taludes
As encostas são, de uma maneira geral, estáveis, com mínima ou nula previsão de
escorregamento, sendo assim o coeficiente α2=1.
c) Cheia superior à de projecto
Tratar-se de uma barragem de aterro, cuja cheia de projecto se baseou em dados
hidrológicos fiáveis, por tanto, considera-se o coeficiente α3=3.
d) Tipo de armazenamento e gestão
A gestão da albufeira deverá ser feita em boas condições e as variações do nível da água
não devem ser significativas, sendo assim α4=3.
e) Acções agressivas
Considerando que a água da albufeira é muito pouco dura, e que não trarão grande
preocupação com a estrutura da barragem, sendo assim α5=1.
∑
( )
4.1.2. Condições de fiabilidade da obra
a) Dimensionamento estrutural
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 42
Considera-se um dimensionamento estrutural aceitável, sendo assim α6 =3.
b) Fundação
A fundação da barragem é boa, assim α7 =1.
c) Órgão de descarga
A barragem terá um descarregador de superfície, situado ao lado da estrutura e uma descarga de
fundo. Considerando estes órgãos fiáveis, tem α8 =1.
d) Condição de manutenção
Considerando-se que as condições de manutenção, serão boas, tem-se α9 = 2.
∑
( )
4.1.3. Condições associadas a potenciais riscos humanos/económicos
a) Volume de armazenamento do reservatório
A barragem tem uma albufeira com capacidade máxima de 6801,50 m3, o que traduz um
coeficiente α10 = 1.
b) Instalações a jusante
a jusante da barragem têm um pequeno povoado que sua prática predominante é agricultura,
sendo assim α11= 2.
∑
( )
4.1.4. Índice global
O índice global, que traduz o risco potencial, para a barragem a projectar será dada por:
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 43
4.2. Sistema de observação
De acordo com a tabela 2, os dispositivos de observação proposto para uma barragem de aterro
com 9.5 m de altura, são:
4.2.1. Grandezas a medir
Medição de caudais de infiltração;
Medição de tensões neutras;
Sismologia (Aceleração sísmicas); e
Meteorologia (Ventos, precipitações, evaporação e temperatura)
4.2.2. Dispositivos recomendados
Inspecção visual;
Piezómetros hidráulicos
Medidores de caudais
Acelerógrafos.
Escalas limnimétricas
Estação meteorológica
E outros equipamentos (sistema de alarme).
4.3. Frequências de leitura em condições normais
A frequência da leitura dos diferentes dispositivos deverá ser efectuada como se segue abaixo,
em função da altura da barragem (9,5 m) e do índice global, (Previsto nas Normas de
Observação e Inspecção de Barragens, Artigo 15º).
4.3.1. Fase de construção
Tensões neutras – semanal
Inspecções visuais – semanal (rotina)
Precipitação – diário
4.3.2. Fase de primeiro enchimento e esvaziamento rápido
Deslocamentos – início e fim de enchimento
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 44
Caudais - início e fim de enchimento ou trimestral
Tensões neutras - início e fim de enchimento ou trimestral
Inspecções visuais – início e fim de enchimento ou trimestral
4.3.3. Fase de exploração
Deslocamentos – bienal
Caudais – semestral
Tensões neutras – semestral
Inspecções visuais – semestral
Níveis da albufeira – diário
Precipitação – diário
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 45
5. CONCLUSÃO
De acordo com os critérios de escolha do local para a construção da barragem conclui-se que a
escolha foi bem efectuada, visto que cumpre com maior parte dos critérios, cumprindo com a sua
finalidade de abastecer água para irrigação das hortas existentes no vale do riacho Guto; e
Promoção da piscicultura do peixe tilápia.
Os resultados obtidos mediante os cálculos e fundamentos permitem-nos concluir que o Projecto
se apresenta viável aos seus principais objectivos. É importante realçar que a opção por uma
barragem de terra homogénea é uma solução óptima em termos de custos de obtenção de
materiais.
No dimensionamento de filtros e dreno, conclui-se que a capacidade do dreno é superior a do
filtro e a do filtro é maior que 100 vezes a do aterro, estando assim dentro dos limites
recomendados para a construção do mesmo.
A disponibilidade dos materiais locais e a geologia da zona são aspectos que favoreceram a
economia do projecto.
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 46
6. RECOMENDAÇÕES
Para a elaboração deste trabalho foram utilizados dados a partir de fontes bibliográficas sem
muitos recursos para obtenção de dados de campo por não possuir equipamentos respectivos para
nomeadamente: teodolitos, GPS, instrumentos para determinação das camadas do solo,
equipamentos para a abertura de trincheiras, curvas de níveis espaçadas de 1 a 1 metro ou 2 a 2
metros no local de implantação da represa (de acordo com o recomendado). Para a implantação
desta infra-estrutura, é necessário que sejam feitos estudos mais rigorosos para que sejam
apurados melhores resultados para o efeito.
Outro ponto a considerar é o facto de que, para estudos mais profundos os trabalhos de
reconhecimento, investigações e prospecção geotécnica do local para a implantação de uma
barragem é necessário tempo suficiente para apuramento de dados mais fiáveis. Recomenda se
por tanto mais tempo para tais investigações o que possibilita a obtenção de resultados fiáveis.
Para efeitos de implantação obriga-se que todos estudos que foram executados sejam possíveis
uma vez que não são
Recomenda-se a realização de ensaios laboratoriais para uso de dados reias tais como: análise
granulométrica, Compactação, entre outros para que a estrutura funcione normalmente.
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 47
7. BIBLIOGRAFIA
Atlas de Moçambique, Editora Nacional de Moçambique S.A, 1ª Edição, Maputo 2009
VAZ, Álvaro C., Apontamento de Obras Hidráulica-Conceitos Gerais Sobre Barragens.
Internet-Google Earth
Guia Prático para Projecto de Pequenas Obras Hidráulicas; DAEE; São Paulo, 2005
Design of Small Dams, US Bureau of Reclamation, Denver 1987.
VAZ, Álvaro C., Manual de Hidrologia.
MARCELINO, João, Projecto, Construção e Exploração de Pequenas Barragens de
Aterro; 2009, 2ª Edição, LNEC – Lisboa.
Curso de Exploração e Segurança de Barragens, Divisão de Informação e Tecnologias;
Maio, 2009.
http://www.fao.org/docrep/014/ba0081p/ba0081p.pdf
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 48
8. ANEXOS
ANEXO 1: Morfologia da Bacia Guto (Sub-Bacia 2)
Projecto de construção de uma Represa
Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 49
9. ANEXO 2: Fotos via satélite (Sub-Bacia 2)
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Engenharia Hidráulica, 4º Ano Grupo I 51
Projecto de construção de uma Represa
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10. ANEXO 3: Visita de Campo
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Projecto de construção de uma Represa
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