Projeto Hidreletrica

7/30/2019 Projeto Hidreletrica

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CRITRIOSDE PROJETO CIVILDE USINAS HIDRELTRICAS 1

USINAS HIDRELTRICASCRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE

USINAS HIDRELTRICAS

Outubro/2003

Eletrobrs


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2 CRITRIOSDEPROJETOCIVILDEUSINASHIDRELTRICAS

Centrais Eltricas Brasileiras S.A. - ELETROBRS

PresidenteLuiz Pinguelli Rosa

Diretor FinanceiroAlexandre Magalhes da Silveira

Diretor de Projetos Especiais e Desenvolvimento Tecnolgico e IndustrialJos Drumond Saraiva

Diretor de AdministraoRoberto Garcia Salmeron

Diretor de EngenhariaValter Luiz Cardeal de Souza


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....................................................................................................................................... 11

2.1 Generalidades .................................................................................................... 15

2.2 Contedo e Estrutura .............................................................................................. 16

2.3 Nomenclatura .................................................................................................... 16

2.4 Normas Tcnicas .................................................................................................... 16

2.5 Definies ....................................................................................................172.5.1 Nveis de gua ........................................................................................... 17

2.5.2 Borda Livre ................................................................................................19

2.5.3 Descargas.................................................................................................. 19

3.1 Generalidades .................................................................................................... 21

3.2 Nveis de gua .................................................................................................... 21

3.2.1 Nvel de gua no Reservatrio .................................................................... 21

3.2.2 Nvel de gua de Jusante............................................................................ 21

3.3 Borda Livre na Barragem, Ensecadeiras e Casa de Fora........................................ 223.3.1 Borda Livre Normal..................................................................................... 22

3.3.2 Borda Livre Mnima ..................................................................................... 22

3.4 Vazes .................................................................................................... 22

3.4.1 Vazo de Projeto dos rgos Extravasores ou

Cheia de Proteo da Barragem.................................................................. 22

3.4.2 Vazo de Projeto da Casa de Fora ............................................................. 23

3.4.3 Vazes de Desvio ....................................................................................... 23

3.4.4 Vazes de Operao................................................................................... 24

3.4.5 Vazo Sanitria ........................................................................................... 24

3.5 Desvio do Rio .................................................................................................... 243.5.1 Desvio Atravs de Estrangulamento Parcial do Rio........................................ 25

3.5.2 Desvio Atravs de Tnel.............................................................................. 26

3.5.3 Desvio Atravs de Galerias ou Adufas .......................................................... 28

3.5.4 Proteo de Canais e Ensecadeiras............................................................. 29

3.5.5 Fechamento do Rio..................................................................................... 30

3.6 Vertedouro ....................................................................................................31

3.6.1 Vertedouro de Superfcie.............................................................................. 31

3.6.2 Descarregador de Fundo............................................................................ 36

SUMRIO

CAPTULO1APRESENTAO

CAPTULO2INTRODUO

CAPTULO3CRITRIOSDE PROJETO

HIDROLGICOSE HIDRULICOS


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3.6.3 Estruturas de Dissipao de Energia ............................................................ 39

3.7 Circuito Hidrulico de Gerao................................................................................. 41

3.7.1 Canal de Aduo ........................................................................................ 41

3.7.2 Tomada de gua ........................................................................................ 42

3.7.3 Conduto Adutor ........................................................................................... 473.7.4 Conduto Forado........................................................................................ 47

3.7.5 Canal de Fuga............................................................................................ 53

3.8 Chamin de Equilbrio ............................................................................................. 53

3.8.1 Introduo .................................................................................................. 53

3.8.2 Critrio Simplificado da Canambra ................................................................ 53

3.8.3 Extenso do Critrio da Canambra............................................................... 54

3.8.4 Inrcia das Massas Girantes ........................................................................ 55

3.8.5 Operao em Sistema Interligado ................................................................. 58

3.8.6 Necessidade de Chamin de Equilbrio......................................................... 61

3.8.7 Dimensionamento da Chamin de Equilbrio.................................................. 623.8.7.1 Dimenses Minmas....................................................................... 62

3.8.7.2 Critrios de Dimensionamento........................................................ 63

3.9 Estudos de Remanso.............................................................................................. 63

3.10 Estudo de Vida til do Reservatrio ........................................................................ 64

3.10.1 Introduo .................................................................................................. 64

3.10.2 Avaliao do Assoreamento ......................................................................... 64

3.10.3 Estudos a Serem Realizados........................................................................ 67

3.10.4 Controle do Assoreamento de Reservatrios................................................. 68

3.11 Estudos Hidrulicos em Modelos Reduzidos ............................................................. 69

3.11.1 Dados Bsicos............................................................................................ 69

3.11.2 Escalas .................................................................................................... 69

3.11.3 Escolha do Tipo de Modelo a Ser Adotado.................................................... 70

3.11.4 Limites dos Modelos .................................................................................... 71

3.11.5 Aferio do Estiro Fluvial ............................................................................ 71

3.11.6 Estudo das Estruturas Hidrulicas de Desvio................................................. 72

3.11.7 Estudo da Estrutura do Vertedouro ............................................................... 73

3.11.8 Estudo da Estrutura de Dissipao de Energia .............................................. 73

3.11.9 Estudo das Estruturas do Circuito Hidrulico de Gerao ............................... 74

3.11.10Plano de Operao das Comportas do Vertedouro........................................ 75

3.12 Drenagem das guas Pluviais ................................................................................. 75

3.12.1 Introduo .................................................................................................. 75

3.12.2 Perodo de Retorno e Critrios de Segurana............................................... 75

3.12.3 Clculo da Chuva de Projeto ....................................................................... 76

3.12.4 Determinao da Vazo de Projeto............................................................... 77

3.12.5 Dimensionamento das Estruturas .................................................................. 78

3.12.6 Controle de Eroso a Jusante dos Dispositivos de Drenagem........................ 80

3.13 Referncias Bibliogrficas ........................................................................................ 81


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4.1 Generalidades .................................................................................................... 83

4.2 Concreto .................................................................................................... 83

4.2.1 Ensaios .................................................................................................... 83

4.2.2 Classes de Concreto ................................................................................... 86

4.2.3 Propriedades do Concreto........................................................................... 884.3 Cimento Portland .................................................................................................... 99

4.4 Materiais Pozolnicos ............................................................................................ 104

4.5 Agregados .................................................................................................. 105

4.6 Aditivos .................................................................................................. 108

4.7 gua .................................................................................................. 109

4.8 Resistncias de Dosagem e de Controle................................................................. 109

4.9 Traos Tericos ...................................................................................................111

4.10 Aos ...................................................................................................111

4.10.1 Aos para Concreto Armado .......................................................................111

4.10.2 Aos para Concreto Protendido...................................................................1114.11 Dispositivos de Vedao e Aparelhos de Apoio........................................................ 112

4.11.1 Dispositivos de Vedao ............................................................................ 112

4.11.2 Aparelhos de Apoio................................................................................... 112

4.12 Outros Materiais .................................................................................................. 114

5.1 Generalidades .................................................................................................. 115

5.2 Cargas Permanentes ............................................................................................ 115

5.2.1 Peso Prprio ............................................................................................ 115

5.2.2 Cargas Diversas....................................................................................... 116

5.3 Cargas Acidentais ................................................................................................. 117

5.3.1 Sobrecargas............................................................................................. 117

5.3.2 Cargas Devido Presena de Equipamentos Eletromecnicos..................... 118

5.3.3 Cargas de Construo e Aes Temporrias .............................................. 122

5.4 Cargas Mveis .................................................................................................. 122

5.5 Vibrao e Impacto ............................................................................................... 122

5.6 Presses Hidrostticas .......................................................................................... 123

5.7 Presses Hidrodinmicas ...................................................................................... 123

5.7.1 Presses Hidrodinmicas Devidas a Esforos Hidrulicos .............................. 123

5.7.2 Presses Hidrodinmicas Devidas a Aes Ssmicas..................................... 124

5.8 Presses Intersticiais ............................................................................................. 126

5.8.1 Subpresses no Cantato das Estrutras de Concreto com a Fundao........... 127

5.8.2 Subpresses em Sees de Concreto........................................................ 130

5.8.3 Subpresses em Planos da Rocha Inferiores

ao Contato Concreto/Fundao.................................................................. 131

5.9 Presso de Material Assoreado.............................................................................. 131

5.10 Empuxos de Terraplenos ...................................................................................... 132

5.10.1 Situaes de Anlise e Seleo de Parmetros............................................ 133

CAPTULO4PROPRIEDADE

DOS MATERIAIS

CAPTULO5AESDE PROJETOS


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5.10.2 Determinao dos Empuxos....................................................................... 134

5.10.3 Aspectos Gerais de Empuxo do Terrapleno ................................................ 135

5.10.4 Clculo de Empuxos ................................................................................. 135

5.11 Aes Devidas ao Vento........................................................................................ 138

5.11.1 Estruturas Suscetveis a Danos .................................................................. 1385.12 Dilatao, Retrao e Deformao Lenta ................................................................ 139

5.13 Referncias Bibliogrficas ...................................................................................... 140

6.1 Generalidades .................................................................................................. 141

6.2 Condio de Carregamento Normal (CCN) ............................................................ 142

6.3 Condio de Carregamento Excepcional (CCE) ..................................................... 142

6.4 Condio de Carregamento Limite (CCL) .............................................................. 142

6.5 Condio de Carregamento de Construo (CCC) ................................................. 143

6.6 Combinao de Aes........................................................................................... 1436.7 Referncias Bibliogrficas ...................................................................................... 144

7.1 Generalidades .................................................................................................. 145

7.2 Anlise de Estabilidade Global ............................................................................... 145

7.2.1 Fator de Segurana Flutuao (FSF)...................................................... 146

7.2.2 Fator de Segurana ao Tombamento (FST)................................................ 147

7.2.3 Fator de Segurana ao Deslizamento (FSD)............................................... 147

7.3 Anlise de Tenses, Tenses Admissveis, Tenses de Servio e Deformaes ........... 150

7.3.1 Tenses Normais (de servio) em Estruturas de Concreto Massa

e na Base das Fundaes ......................................................................... 150

7.3.2 Anlise de Tenses e Deformaes pelo Mtodo

dos Elementos Finitos ................................................................................ 152

7.3.3 Tenses Admissveis do Concreto Massa.................................................... 152

7.3.4 Tenses Admissveis nas Fundaes .......................................................... 153

7.4 Coeficientes de Segurana Valores Mnimos Admissveis ....................................... 154

7.4.1 Fatores de Reduo da Resistncia do Atrito

e da Coeso (FSDe FSDc) .................................................................... 154

7.4.2 Fatores de Segurana ao Tombamento (FST) e Flutuao (FSF) ................ 155


CAPTULO7BARRAGENSE ESTRUTURAS

DE CONCRETO- SEGURANA GLOBAL

CAPTULO6CONDIESDE

CARREGAMENTO


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8.1 Generalidades .................................................................................................. 157

8.2 Anlise Estrutural .................................................................................................. 157

8.2.1 Combinao de Carregamentos................................................................. 157

8.2.2 Coeficientes de Segurana ........................................................................ 158

8.3 Dimensionamento.................................................................................................. 1598.3.1 Estruturas em Concreto Armado ................................................................. 159

8.3.2 Estruturas em Concreto Protendido............................................................. 159

8.3.3 Estruturas em Concreto Massa................................................................... 159

8.3.4 Estruturas em Concreto Compactado com Rolo ........................................... 161

8.4 Estados Limites ltimos .......................................................................................... 161

8.4.1 Instabilidade Elstica.................................................................................. 161

8.4.2 Fadiga .................................................................................................. 161

8.5 Estados Limites de Utilizao .................................................................................. 161

8.5.1 Deformao Excessiva .............................................................................. 161

8.5.2 Fissurao................................................................................................ 1618.5.3 Vibraes e Impacto .................................................................................. 161

8.6 Disposies Construtivas ....................................................................................... 162

8.6.1 Cobrimento das Armaduras........................................................................ 162

8.6.2 Espaamento Entre as Barras .................................................................... 163

8.6.3 Esperas e Emendas das Barras................................................................. 163

8.6.4 Dobramento das Barras ............................................................................ 163

8.6.5 Armadura Contra a Retrao..................................................................... 163

8.6.6 Espaamento dos Drenos .......................................................................... 164


9.1 Generalidades .................................................................................................. 167

9.2 Materiais de Construo ........................................................................................ 167

9.2.1 Geral .................................................................................................. 167

9.2.2 Balano de Materiais ................................................................................. 168

9.2.3 Materiais para Zonas Impermeveis ........................................................... 169

9.2.4 Materiais para Filtros e Transies ............................................................. 174

9.2.5 Enrocamentos........................................................................................... 177

9.3 Definio das Sees Tpicas das Barragens.......................................................... 180

9.3.1 Fatores que Influenciam a Escolha da Seo .............................................. 180

9.3.2 Barragem de Seo Homognea............................................................... 180

9.3.3 Barragem de Terra-Enrocamento............................................................. 183

9.3.4 Barragens de Enrocamento com Face de Concreto..................................... 184


CAPTULO9BARRAGENSDE TERRA

E ENROCAMENTO- CONCEPO

CAPTULO8BARRAGENSE ESTRUTURAS

DE CONCRETO- DIMENSIONAMENTO


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10.1 Generalidades .................................................................................................. 187

10.2 Anlises de Percolao ......................................................................................... 187

10.2.1 Anlises de Fluxo pelo Macio e Fundao ................................................ 187

10.2.2 Dimensionamento de Sistemas de Drenagem.............................................. 189

10.2.3 Dimensionamento de Transies ................................................................ 19010.2.4 Dimensionamento de Sistemas de Impermeabilizao................................... 191

10.3 Anlises de Estabilidade ao Escorregamento........................................................... 192

10.3.1 Considerao dos Esforos Solicitante e Resistentes.................................... 192

10.3.2 Casos de Carregamento............................................................................ 192

10.3.3 Parmetros e Consideraes de Anlise..................................................... 192

10.3.4 Mtodos de Anlise ................................................................................... 196

10.3.5 Critrios de Aceitao ................................................................................ 197

10.4 Anlises de Tenses e Deformaes...................................................................... 198

10.5 Proteo de Taludes ............................................................................................. 200

10.5.1 Talude de Montante................................................................................... 20010.5.2 Talude de Jusante da Barragem de Terra................................................... 200

10.6 Barragens de Enrocamento com Face de Concreto................................................. 201

10.6.1 Zoneamento da Seo Transversal............................................................ 201

10.6.2 Caractersticas dos Enrocamentos .............................................................. 201

10.6.3 Lagura da Crista....................................................................................... 202

10.6.4 Espessura da Face do Concreto................................................................ 202

10.6.5 Armadura da Face do Concreto................................................................. 203

10.6.6 Juntas .................................................................................................. 203

10.6.7 Plinto .................................................................................................. 204

10.6.8 Transies................................................................................................ 205

10.6.9 Cortina de Vedao................................................................................... 205

10.6.10Muro de Crista.......................................................................................... 205


11.1 Juntas de Construo............................................................................................ 207

11.1.1 Critrios Gerais de Tratamento................................................................... 207

11.1.2 Juntas Horizontais ..................................................................................... 207

11.1.3 Juntas Verticais.......................................................................................... 208

11.2 Juntas de Contrao ............................................................................................. 208

11.3 Juntas de Dilatao ou Expanso .......................................................................... 209

11.4 Dispositivo de Vedao ......................................................................................... 209

11.4.1 Materiais Utilizados .................................................................................... 209

11.4.2 Critrios Gerais para Utilizao .................................................................. 210

11.5 Chavetas .................................................................................................. 210

11.6 Drenos de Juntas.................................................................................................. 211

11.7 Injees entre Blocos ............................................................................................ 211

CAPTULO11JUNTASE REQUISITOS

ESPECIAISPARA

ESTRUTURASDE CONCRETO

CAPTULO10BARRAGENSDE TERRA

E ENROCAMENTO- DIMENSIONAMENTO


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11.8 Dispositivos de Ancoragem .................................................................................... 212

11.8.1 Tipos de Ancoragem ................................................................................. 212

11.9 Aparelhos de Apoio............................................................................................... 213

11.10 Estudos Trmicos do Concreto Massa .................................................................... 214

11.11 Referncias Bibliogrficas...................................................................................... 217

12.1 Generalidades .................................................................................................. 219

12.2 Tipos de Escavao............................................................................................. 220

12.2.1 Vida til das Escavaes ........................................................................... 220

12.2.2 Localizao Geral das Escavaes............................................................. 220

12.3 Procedimentos de Projetos..................................................................................... 221

12.4 Condicionantes Hidrulico-Estruturais..................................................................... 221

12.5 Condicionantes Geolgico-Geotcnicas ................................................................. 222

12.5.1 Investigaes Geolgico-Geotcnicas ......................................................... 22212.5.2 Previso das Condies Executivas ........................................................... 223

12.6 Projeto Geotcnico ............................................................................................... 227

12.6.1 Escavaes a Cu Aberto.......................................................................... 227

12.6.2 Escavaes Subterrneas......................................................................... 230

12.6.3 Projeto de Drenagem para Escavao....................................................... 232

12.6.4 Projeto de Proteo Superficial de Taludes em Solos ................................... 232

12.6.5 Tratamento de Taludes Rochosos .............................................................. 233

12.6.6 Tratamento das Escavaes Subterrneas ................................................. 233

12.6.7 Controle Ambiental das Escavaes Subterrneas....................................... 234

12.7 Projeto Geomtrico................................................................................................ 234

12.7.1 Escavaes a Cu Aberto.......................................................................... 234

12.7.2 Escaves Subterrneas........................................................................... 235


13.1 Generalidades .................................................................................................. 237

13.2 Tratamento Superficial ........................................................................................... 239

13.2.1 Remoo de Materiais Indesejveis............................................................ 239

13.2.2 Regularizao da Fundao...................................................................... 239

13.2.3 Limpeza .................................................................................................. 240

13.2.4 Recobrimento Superficial ............................................................................ 240

13.2.5 Drenagem Superficial ................................................................................ 241

13.2.6 Injees Localizadas ................................................................................. 241

13.3 Tratamentos Profundos.......................................................................................... 241

13.3.1 Projeto Geotcnico .................................................................................... 242

13.3.2 Consolidao da Fundao ....................................................................... 242

13.3.3 Injeo Profunda das Fundaes............................................................... 243

CAPTULO12ESCAVAES

CAPTULO13TRATAMENTODAS

FUNDAES


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13.3.4 Drenagem Profunda das Fundaes em Rocha .......................................... 244

13.3.5 Drenagem Profunda das Fundaes em Solo ............................................. 246

13.4 Critrios para Liberao de Fundaes.................................................................. 246


14.1 Generalidades .................................................................................................. 249

14.2 Critrios de Projeto de Instrumentao.................................................................... 250

14.2.1 Grandezas a serem Monitoradas................................................................ 250

14.2.2 Seleo dos Blocos ou Sees Chave ..................................................... 253

14.2.3 Quantidade de Instrumentos....................................................................... 253

14.2.4 Seleo dos Tipos de Instrumentos............................................................. 254

14.2.5 Instrumentao de Barragens de Pequeno Porte......................................... 256

14.2.6 Codificao dos Instrumentos e Simbologia.................................................. 257

14.3 Fases para Elaborao de Projetos de Instrumentao............................................ 26014.3.1 Estudos de Viabilidade e Projeto Bsico...................................................... 260

14.3.2 Projeto Executivo ...................................................................................... 260

14.4 Critrios para o Estabelecimento de Valores de Controle para Instrumentao........... 261

14.4.1 Manual de Superviso do Comportamento da Barragem............................. 261

14.4.2 Determinao dos Valores de Referncia para Cada Instrumento ................. 261

14.5 Critrios de Operao, Processamento e Anlise de Dados ..................................... 263

14.5.1 Leitura e Processamento dos Dados........................................................... 263

14.5.2 Frequncia da Leitura dos Instrumentos...................................................... 263

14.5.3 Apresentao dos Resultados .................................................................... 265

14.5.4 Anlise e Interpretao dos Resultados....................................................... 266

14.5.5 Avaliao por Consultores Especiais .......................................................... 266

14.6 Inspees Visuais In Situ..................................................................................... 267

14.6.1 Freqncia das Inspees......................................................................... 268


A.1 Introduo .................................................................................................. 271

A.2 Causas de Ruptura............................................................................................... 272

A.3 Metodologia de Clculo Preliminar.......................................................................... 272

A.4 Metodologia de Clculo Definitivo ........................................................................... 274

A.5 Plano de Aes Emergenciais (PAE) ...................................................................... 275

A.6 Referncias Bibliogrficas ...................................................................................... 277

CAPTULO14AUSCULTAOE

INSTRUMENTAODASOBRAS CIVIS

ANEXOAESTUDODE RUPTURA

DA BARRAGEM


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A segurana das barragens constitui uma preocupao permanente para as entida-

des governamentais, tanto por sua importncia econmica especfica como pelo

risco potencial que representa a possibilidade de ruptura ou outro acidente grave,

em termos de vidas humanas, impacto ao meio ambiente, prejuzos materiais e os

reflexos econmico-financeiros.

Considerando a recente privatizao parcial do setor eltrico, e visando a manuten-

o do padro de qualidade dos projetos hidreltricos, a ELETROBRS resolveu

consolidar no documento Critrios de Projeto Civil de Usinas Hidreltricas, a ex-

perincia das concessionrias de energia eltrica federais e estaduais, de modo a

preservar a memria do Setor Eltrico adquirida ao longo dos ltimos 50 anos de

projeto e construo de usinas hidreltricas

Este documento, iniciado pela ELETROBRS em outubro de 1999, com o apoio do

CBDB Comit Brasileiro de Barragens, procurou uniformizar e definir os critrios

utilizados no desenvolvimento de projetos em nvel de Viabilidade, Bsico e Execu-

tivo de Usinas Hidreltricas. Est elaborado nos moldes daqueles produzidos pelo

Bureau of Reclamation-USBR, pelas concessionrias de energia eltrica e por di-

versas projetistas.

No se trata de um rol de exigncias ou condies mnimas, mas de um documento

de orientao ao estabelecimento do projeto com adequadas condies de quali-

dade tcnica, segurana e custo. Caractersticas particulares podem indicar o inte-

resse ou necessidade de alterao ou complementao dos critrios aqui defini-

dos em casos especficos.

A elaborao destes critrios contou com a participao em sua primeira fase de

trabalho, de tcnicos da ELETROBRS (coordenao do Grupo Tcnico), conces-

sionrias de energia eltrica (CHESF, ELETRONORTE, FURNAS, CEMIG, COPEL

e ITAIPU) e de representantes do CBDB e do LACTEC/CEHPAR. Aps o trmino

desta fase, foi emitida uma primeira minuta, para anlise e comentrios dos traba-

lhos, por parte de consultores independentes, para a consolidao deste documen-

to final.

CAPTULO 1A PRESENTAO


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pela ELETROBRS

Valter Luiz Cardeal de Souza

Diretor de Engenharia - DE

Luciano Nobre VarellaChefe do Departamento de Engenharia e Meio Ambiente - DEA

ngelo Antonio Carillo

Chefe da Diviso de Engenharia de Gerao

pelo CBDB

Cassio Baumgratz Viotti

Grupo Tcnico de Coordenao - GT

Srgio Corra Pimenta - Coordenador do GT- ELETROBRS (Consultor)

Aurlio Alves Vasconcelos - CHESF

Antnio Srgio Guerra Gabinio - COPEL

Ademar Sergio Fiorini - ITAIPU

Fernanda Tavares R. de Oliveira - CEMIG

Hlio Costa de Barros Franco - ELETRONORTE

Massahiro Shimabukuro - FURNAS

Tibiri Gomes de Mendona - CEMIG

Pela CEMIG

Luz Carlos Gomide

Marcus Gontijo Rocha

Maria Ceclia Novais Firmo Ferreira

Virmondes Rodrigues da Cunha

Pela CHESF

Alberto Jorge Tavares Cavalcanti

Jos Aquino de Souza

Ricardo Jos Barbosa de Souza

COORDENAODOS TRABALHOS

SUPERVISO TCNICADOS TRABALHOS

COLABORADORES


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Pela COPEL

Denise Arajo Vieira Kruger

Marcos Alberto Soares

Nelson SaksPaulo Levis

Pela ELETROBRS

Jos Antnio Rosso

Jos Carlos Vieira Milanez (Consultor)

Heitor Barros de Oliveira (Consultor)

Mrcio Corra Pimenta

Rafael Mora de Melo (Consultor)

Pela ELETRONORTE

Arnaldo Ferreira da Costa

Gilson Machado da Luz

Gilson Motta

Marcos Elias

Por FURNAS

Antonio Vieira Cavalcanti

Jos Adelmar de Mello FrancoJos Francisco Farage do Nascimento

Rubens Machado Bittencourt

Por ITAIPU

Evangelista Caetano Porto

Pelo CBDB

Cassio Baumgratz ViottiErton Carvalho

Joaquim Pimenta de vila

Jos Bernardino Botelho

Massahiro Shimabukuro

Newton de Oliveira Carvalho

Pelo LACTEC/CEHPAR

Andr Lus Tonso Fabiani


14/279


Pela ENGEVIX Engenharia S/C Ltda

lvaro Eduardo Sardinha

Carlos Corra

Jos Antunes Sobrinho

Pela THEMAG Engenharia

Joo Carlos Dal Fabbro

Sergio Cifu

Joo Francisco Alves Silveira

Nelson L. de Souza Pinto

Srgio N. A. de BritoWalton Pacelli de Andrade

CONSULTORESINDEPENDENTES


15/279


Este documento apresenta os Critrios Gerais de Projeto Civil para o desenvolvi-

mento de projetos de Usinas Hidreltricas em todas as suas etapas: viabilidade,

bsico e executivo. Para o projeto executivo, estes critrios podero ser

complementados por critrios especficos de projeto, que orientaro o detalhamento

de cada estrutura componente em particular.

Estes critrios, baseados em anlises tericas e experimentais de utilizao consa-

grada, tem por finalidade orientar as condies exigveis na verificao da seguran-a das estruturas principais das UHEs e estabelecer as definies, normas, diretri-

zes e critrios de quantificao das aes e das resistncias a considerar no projeto

das estruturas, que permitam a mxima eficincia, durabilidade e confiabilidade da

gerao energtica.

Na elaborao destes critrios procurou-se dar um sentido o mais abrangente pos-

svel na matria tratada, incluindo-se o estado da arte com relao s estruturas dos

aproveitamentos e seus mtodos construtivos.

As solues de engenharia selecionadas para o projeto devem ser confiveis, segu-

ras e comprovadas pela experincia e no indevidamente arrojadas ou complica-

das. Solues de projeto seguras e simples devem ser selecionadas e analisadas

em detalhe para assegurar a sua adequao e inteira concordncia com os requi-

sitos bsicos. Consideraes de custos no devero ter prioridade sobre aspectos

de segurana e de confiabilidade.

Durante a execuo dos aproveitamentos, dever ser verificado se existem diver-

gncias entre os parmetros efetivos do aproveitamento e os adotados nos critriosde projeto, o que poder levar a eventuais modificaes na concepo do projeto

original.

Aos eventos excepcionais e s suas conseqncias, devem ser dispensadas consi-

deraes apropriadas. Estes eventos podero ser causados pela prpria natureza

ou podero ser resultantes de falhas de operao, manuteno ou conduta nociva.

Os critrios de projeto devem incorporar componentes capazes de prevenir ou pelo

2.1GENERALIDADES

CAPTULO 2INTRODUO


16/279


menos aliviar os efeitos de tais eventos excepcionais, reservando uma margem de

segurana nas anlises, com esta finalidade.

Nos Critrios de Projeto, incluem-se padres, mtodos de anlise estrutural e hi-

drulica, hipteses de carga, tenses admissveis, tipos de materiais, juntas e con-

dies de suas utilizaes, hipteses de projeto, alm de outros dados e procedi-

mentos gerais para os seguintes elementos de projeto:

Obras de Desvio do Rio; Reservatrio; Barragens de Concreto, Terra e Enrocamento e Diques;

Tomada de gua;

Condutos Forados e Tneis; Chamin de Equilbrio; Casa de Fora e Estruturas Associadas; Canais de Aduo e de Fuga; Vertedor, Calha e Bacia de Dissipao; Muros de Arrimo.

N.A. Nvel de gua;

f Coeficiente de majorao das cargas atuantes;

c Coeficiente de minorao da resistncia caracterstica do concreto;

s

Coeficiente de minorao da resistncia caracterstica do ao;

fck

Resistncia caracterstica compresso do concreto;

ftk

Resistncia caracterstica trao do concreto;

fcj

Resistncia mdia compresso com carregamento rpido na idade de

j dias;

Desvio padro.

As normas e padres que sero utilizados para a elaborao do Projeto sero as

ultimas edies das Normas e Regulamentos da Associao Brasileira de Normas

Tcnicas - ABNT.

Casos especficos e/ou omissos sero supridos pelas normas, regulamentos e pa-

dres tcnicos das organizaes abaixo relacionadas no que lhes for prprio:

2.2CONTEDOE ESTRUTURA

2.3NOMENCLATURA

2.4NORMAS TCNICAS


17/279


American Association of State Officials - ASSHO; American Concrete Institute - ACI; American National Standard Institute - ANSI;

American Institute of Steel Construction - AISC;

American Society of Civil Engineers - ASCE; American Society for Testing Materials - ASTM; American Water Works Association - AWWA; American Welding Society - AWS; Associao Brasileira de Cimento Portland - ABCP; Associao Brasileira de Geologia de Engenharia -ABGE; Associao Brasileira de Mecnica dos Solos - ABMS; Associao Brasileira de Mecnica das Rochas - ABMR;

Associao Brasileira de Recursos Hdricos - ABRH;

Association Franaise de Normalisation - AFNOR; British Standards - BS; California Department of Water Resources - CDWR; Comit Brasileiro de Barragens - CBDB; Comit Eurointernational du Beton - CEB; Concrete Reinforcing Steel Institute - CRSI; Deutsche Industrie Normen - DIN; Instituto Brasileiro de Concreto - IBRACON;

Instituto de Pesquisas Tecnolgicas - IPT;

International Committes on Large Dams - ICOLD; Laboratrio Nacional de Engenharia Civil - LNEC; Societ Hidraulique Franaise - SHF; United States Army Corps of Engineers - USACE; United States Bureau of Reclamation - USBR; United States Federal Specifications - USFS.

2.5.1 Nveis de gua

Nvel Mximo Normal no ReservatrioNvel de gua mximo no reservatrio para fins de operao normal da usina.

Corresponde ao nvel que limita a parte superior do volume til.

Nvel Mnimo Normal no ReservatrioNvel de gua mnimo no reservatrio para fins de operao normal da usina.

Corresponde ao nvel que limita a parte inferior do volume til.

2.5DEFINIES


18/279


Nvel de Mxima Enchente no ReservatrioNvel mximo atingido no reservatrio resultante da passagem da cheia de projeto

da barragem, admitindo-se o reservatrio no Nvel Mximo Normal no incio do

evento e todas as comportas dos rgos extravasores operativas.

Nvel Mximo Operativo no Canal de FugaNvel de gua a jusante da Casa de Fora para a vazo correspondente ao somatrio

dos engolimentos mximos de todas as turbinas, com vazo vertida nula.

Nvel mnimo Operativo no Canal de FugaNvel de gua a jusante da Casa de Fora para a vazo correspondente ao

engolimento nominal da mquina de menor capacidade, com vazo vertida nula.

Nvel Mnimo no Canal de FugaNvel mnimo de gua a jusante da Casa de Fora com vazo nula atravs das

turbinas.

Nvel de Mxima Enchente no Canal de FugaNvel de gua a jusante da Casa de Fora resultante da passagem da cheia de

projeto da Casa de Fora.

Nvel de Mxima Enchente a Jusante da Barragem

Nvel de gua imediatamente a jusante da barragem resultante da passagem da

cheia de projeto da barragem.

Nvel Mnimo a Jusante da BarragemNvel mnimo de gua que pode ocorrer a jusante da barragem.

Nvel de Mxima Enchente a Jusante do VertedouroNvel mximo de gua a jusante do vertedouro resultante da passagem da cheia de

projeto da barragem.

Nvel Mnimo a Jusante do VertedouroNvel mnimo de gua a jusante do vertedouro sem vertimento, considerando, quan-

do houver, a influncia da vazo nominal de uma mquina pelo Canal de Fuga.


19/279


2.5.2 Borda L ivre

Borda Livre Normal da Barragem a distncia vertical entre o nvel mximo normal no reservatrio e a cota de

galgamento da barragem.

Borda Livre Mnima da Barragem a distncia vertical entre o nvel de mxima enchente no reservatrio e a cota de

galgamento da barragem.

Borda Livre da Ensecadeira a distncia vertical entre o nvel resultante da passagem da vazo de desvio e a

cota de galgamento da ensecadeira.

Borda Livre da Casa de Fora a distncia vertical entre o nvel de mxima enchente no Canal de Fuga e a cota

de proteo da Casa de Fora.

2.5.3 Descargas

2.5.3.1 Vazes da Cheia

Cheia Mxima Provvel a cheia afluente ao reservatrio definida pela hidrgrafa resultante da Precipitao

Mxima Provvel - PMP, sobre a bacia de drenagem a montante da barragem, (con-

forme procedimentos recomendados pela World Meteorological Organization - 1973),

admitindo-se condies crticas de escoamento superficial e levando-se em conta os

efeitos dos reservatrios de montante e do prprio reservatrio da barragem conside-

rada. Tambm denominada de PMF (do ingls Probable Maximum Flood).

Cheia de Dada Recorrncia

Cheia resultante dos estudos de anlise de freqncia de vazes mximas anuais

no perodo histrico, caracterizada pelo respectivo tempo de recorrncia (TR) ex-

presso em nmero de anos.

Cheia de Projeto da Barragem a cheia caracterizada pela mxima hidrgrafa afluente ao reservatrio, que define

a capacidade do vertedouro para garantir a segurana da barragem, levando-se em

conta o efeito de amortecimento do reservatrio.


20/279


Cheia de Projeto da Casa de Fora a cheia que, aps propagao pelo reservatrio, produz o nvel de gua no Canal

de Fuga que condiciona a proteo da Casa de Fora contra inundao.

2.5.3.2 Vazes de Desvio

So vazes de cheia de dada recorrncia, consideradas nas diferentes fases de

manejo do rio durante a construo.

2.5.3.3 Vazes de Operao

Engolimento Nominal da Turbina a vazo atravs da turbina para a altura de queda, potncia e velocidade nominais.

Engolimento Mximo da Turbina a maior vazo que se pode verificar atravs da turbina em condies normais de

operao.

Vazo Sanitria a vazo mnima a ser garantida a jusante do aproveitamento e que atenda s

exigncias dos rgos ambientais e da legislao em vigor.


21/279


Os critrios hidrulicos definidos neste captulo estabelecem os princpios gerais

do projeto hidrulico, sem limitar as numerosas solues e alternativas que podem

resultar em cada projeto.

3.2.1 Nvel de gua no Reservatrio

Nvel Mximo Normal no ReservatrioO Nvel Mximo Normal no reservatrio ser definido atravs dos estudos energti-

cos, levando-se em considerao possveis condicionantes ambientais.

Nvel Mnimo Normal no ReservatrioO Nvel Mnimo Normal no reservatrio ser definido atravs dos estudos energti-

cos, levando-se em considerao possveis condicionantes ambientais.

Nvel de Mxima Enchente no Reservatrio (Nvel Mximo Maximorum)

O Nvel de Mxima Enchente no reservatrio resultar da propagao da cheia de

projeto da barragem, impondo-se a operao das comportas para manter constan-

te o nvel do reservatrio at que a vazo afluente atinja a capacidade mxima do

vertedouro com o reservatrio no Nvel Mximo Normal. A laminao da cheia, a

partir deste ponto, ser automtica. No se considera o efeito do vento.

3.2.2 Nvel de gua de Jusante

Os nveis de gua a jusante sero definidos com base na curva-chave estabelecida

para o local.

O nvel mnimo no canal de fuga ser definido em funo da vazo sanitria, ou em

funo da vazo de engolimento nominal de uma mquina.

CAPTULO 3CRITRIOSDE PROJETO

HIDROLGICOSE HIDRULICOS

3.1GENERALIDADES

3.2

NVEISDE GUA


22/279


3.3.1 Borda Liv re Normal

Borda Livre Normal da BarragemEm barragens de terra ou enrocamento, a borda livre normal ser definida para

absorver o efeito das ondas provocadas pelo vento, segundo mtodo de Saville ref.

(1), admitindo-se um vento mximo de 100 km/h e uma onda com 2% de probabili-

dade de ser superada. Dever ser limitada ao mnimo de 3,0 m.

Em barragens de concreto, a borda livre normal ser limitada ao mnimo de 1,5 m.

Borda Livre das EnsecadeirasA borda livre normal das ensecadeiras dever ser limitada ao mnimo de 1,0 m.

Borda Livre da Casa de Fora

A borda livre da Casa de Fora ser no mnimo de 1,0 m.

3.3.2 Borda L ivre Mn ima

Borda Livre Mnima da BarragemEm macios de terra ou enrocamento, a borda livre mnima dever ser de 1,0 m

acima do Nvel de Mxima Enchente do reservatrio.

Em barragens de concreto, a borda livre mnima dever ser de 0,5 m acima do Nvel

de Mxima Enchente do reservatrio.

3.4.1 Vazo de Projeto dos rgos Extravasores ou Cheia de Projeto da

Barragem

Para barragens maiores que 30 m ou cujo colapso envolva risco de perdas de vidas

humanas (existncia de habitaes permanentes a jusante), a vazo de projeto dos

rgos extravasores, ou cheia de projeto, ser a cheia mxima provvel.

Para barragens de altura inferior a 30 m ou com reservatrio com volume menor

que 50.000.000 m3 e, no havendo risco de perdas de vidas humanas (inexistncia

de habitaes permanentes a jusante), a cheia de projeto ser definida atravs de

uma anlise de risco, respeitada a recorrncia mnima de 1000 anos.

3.3BORDA LIVRE

DA BARRAGEM,

ENSECADEIRASE CASADE FORA

3.4VAZES


23/279


3.4.2 Vazo de Projeto da Casa de Fora

Ser definida atravs de uma anlise de risco das vazes naturais mdias dirias,

respeitada a recorrncia mnima de 1000 anos.

3.4.3 Vazes de Desvio

As vazes de desvio, para cada fase do manejo do rio, sero definidas pelos tempos

de recorrncia resultantes de uma anlise de risco, confrontando-se o custo das

obras de desvio com o valor esperado do custo dos danos resultantes das respecti-

vas enchentes. No clculo dos danos sero considerados os danos locais, os cus-

tos devidos a atraso no cronograma e eventuais danos a montante e a jusante.

Anlise de RiscoPara cada fase de manejo do rio durante a construo, as vazes de

dimensionamento das obras de desvio devero ser definidas em funo do risco de

inundao da rea ensecada, levando-se em conta o tempo de exposio a este

risco.

Na definio do risco a ser adotado, devero ser considerados os seguintes aspec-

tos:

custo previsto dos danos causados obra, resultantes de cheias superi-

ores considerada, incluindo-se os prejuzos advindos dos atrasos de

cronograma e custos de reposio do empreendimento situao ante-

rior;

custo previsto dos danos causados s obras e comunidades a jusante oumontante, inclusive o relativo perda de vidas humanas.

O estudo dever considerar cada fase do desvio e ser orientado pelos critrios

delineados na tabela abaixo:

TABELA 3.1

CATEGORIA DO DANO RISCO ANUAL

No h perigo de vidas humanas nem se prev que ocorram danos importantes na obra e seu andamento. 5% a 20%

No h perigo de vidas humanas mas j se prevem danos importantes na obra e seu andamento. 2% a 5%

H algum perigo de perda de vidas humanas e so previstos importantes danos na obra e ao seu andamento. 1% a 2%

H perigo real de perda de vidas humanas e so previstos grandes danos obra e ao seu andamento.


24/279


Para estruturas em que a exposio maior que um ano, o risco no perodo total

definido pela relao:

n

rTr

=

111

onde:

r = risco assumido;

Tr = tempo de recorrncia da vazo de cheia, em anos (inverso do risco anual);

n = durao da fase do desvio, em anos;

Nas operaes de desvio e de fechamento final para enchimento do reservatrio

sero consideradas as vazes caractersticas da poca prevista para as respectivas

operaes.

3.4.4 Vazes de Operao

Engolimento Nominal da TurbinaSer definido com base nos estudos energticos e de motorizao.

Engolimento Mximo da TurbinaSer definido com base nos estudos energticos e de motorizao.

3.4.5 Vazo Sanitria

a vazo mnima a jusante do barramento e dever atender s exigncias dos

rgos ambientais e da legislao em vigor.

O manejo do rio durante a construo depende do relevo local e das particularida-

des do projeto.

O desvio poder ser efetuado em diversas fases ou em uma fase nica em funodas caractersticas do vale.

Em vales abertos, a operao de desvio poder ser feita atravs do estrangulamento

parcial do rio, que permanecer na calha natural, e, aps o fechamento da seo,

atravs da prpria estrutura principal.

Nos vales mais estreitos, as guas podero ser desviadas atravs de tneis, galeri-

as, estruturas rebaixadas ou adufas.

3.5DESVIODO RIO


25/279


3.5.1 Desvio Atravs de Estrangulamento Parcial do Rio

O estrangulamento parcial do rio caracterizado pela restrio parcial da calha do

rio pela ensecadeira, com o fluxo direcionado para uma das margens. Poder, em

casos particulares, ser efetuado em diversas etapas.

O perfil da linha de gua ao longo do desenvolvimento da ensecadeira dever ser

calculado pelo mtodo das diferenas finitas "Standard Step Method" para a vazo

de desvio resultante das anlises de risco.

O coeficiente de rugosidade ser estimado a partir do resultado da calibragem do

leito natural do rio realizada para o trecho em questo, com base em perfis ou nveis

de gua medidos para condies de vazo conhecidas. Na impossibilidade de se

obter esta estimativa atravs da calibragem, devero ser adotados os valores forne-cidos na tabela 3.2.

O controle a jusante ser definido pelas observaes linimtricas no campo. O

eventual estabelecimento de controle hidrulico pela prpria ensecadeira dever

ser particularmente verificado e levado em considerao.

Sero definidos os nveis mximos de gua ao longo da ensecadeira e as velocida-

des mximas do fluxo para avaliao das obras de impermeabilizao e/ou prote-

o da ensecadeira. A prtica tem demonstrado que a velocidade mdia no trechoestrangulado deve ser de at 6 m/s.

TABELA 3.2COEFICIENTE DE RUGOSIDADE (REF. 4)

TIPO MNIMO MDIO MXIMOn Ks n Ks n Ks

Canais escavados em terraLimpo 0,018 56 0,022 45 0,027 37C/ alguma vegetao 0,030 45 0,027 37 0,033 30Revestido c/ enrocamento 0,028 35 0,035 28 0,045 22

Canais ou tneis escavados em rocha 0,030 33 0,033 30 0,038 26

Canais ou tneis em concreto projetado 0,020 50 0,022 45 0,025 40

Canais e condutos de concreto 0,013 77 0,014 71 0,017 59

Rios ou canais com fundo rochososem vegetao nas margens 0,030 33 0,035 28 0,040 25

Rios ou canais com fundo rochosocom vegetao nas margens 0,040 25 0,045 22 0,050 20


26/279


3.5.2 Desvio Atravs de Tnel

DimensionamentoSempre que as condies geolgicas forem favorveis, pode-se adotar para o tnel

a seo arco retngulo. Caso contrrio, dever ser adotada seo ferradura, que

apresenta maior estabilidade estrutural.

A definio quanto ao nmero de tneis e o dimetro a ser adotado ser feita com

base em um estudo econmico, levando-se em considerao o custo da estrutura

e a altura resultante da ensecadeira de montante.

As estruturas de tomada e controle utilizadas para o fechamento final sero com-

pactas, aceitando-se variaes de formas mais abruptas e curvaturas mais pronun-

ciadas do que em tomadas de gua convencionais.

Nos tneis sem revestimento, a velocidade de escoamento mxima admissvel ser

definida em funo da resistncia da rocha eroso, no devendo ultrapassar os

valores da tabela 3.3:

TABELA 3.3

TEMPO DE RECORRNCIA VELOCIDADE MXIMA

10 anos 15 m/s100 a 200 anos 20 m/s

500 anos 25 m/s

Controle do fluxo aps o desvioPara o desvio atravs de tneis, as curvas de descarga sero definidas em funo

da natureza do controle hidrulico: soleira, canal livre ou conduto sob presso, com

ou sem submergncia a jusante.

Sero admitidas presses negativas ao longo dos contornos slidos at um limite

de -6,0 m de coluna de gua, a serem verificadas em modelo hidrulico reduzido.

A cota da plataforma de manejo das comportas ser definida em funo do tempo

disponvel para a inspeo da estrutura de desvio aps o fechamento e a remoo

do equipamento de manobra, para as condies de vazo previstas.


27/279


Perda de CargaAs perdas de carga contnuas no tnel sero calculadas atravs da equao de

Manning-Strickler:

2

32

=

R

nVLhf

ou da frmula de Darcy-Weisbach:

g

V

R

Lfhf

24

2

=

onde:

hf = perda de carga contnua, em m;V = velocidade mdia na seo, em m/s;

L = comprimento do conduto, em m;

n = coeficiente de rugosidade, obtido na tabela 3.2;

R = raio hidrulico = PA , em m;

A = rea da seo molhada do tnel, em m2;

P = permetro da seo molhada do tnel, em m;

f = coeficiente de perda de carga;

g = acelerao da gravidade, em m/s2.

O coeficiente de rugosidade (n) ser definido com base na tabela 3.2, especifica-

mente para as paredes, piso e abbada do tnel, dependendo do revestimento

adotado. Os diferentes valores (n1, n2, etc.) devero ser combinados em uma m-

dia ponderada, considerando o permetro da superfcie correspondente, da seguin-

te forma:

=

==N

i

i

N

i

ii

P

Pn

n

1

1

.

onde:

n = coeficiente de rugosidade;

P = permetro da superfcie correspondente, em m.

O mesmo procedimento poder ser adotado para o coeficiente de perda de carga

(f), obtido nos Grficos 224-1, 224-5 e 224-6 do HDC ref. (3).


28/279


As perdas localizadas sero obtidas atravs da equao:

g

VKhl

2

2

=

onde:

hl = soma das perdas localizadas, em m;

K = coeficiente de perda de carga;

V = velocidade mdia do escoamento na seo, em m/s;


Para o clculo da perda de carga na entrada, o valor de K ser definido atravs do

Grfico 221-1 do HDC, ref.(3).

Para as perdas devido a curvaturas, o valor de K ser definido atravs do Grfico

228-1 do HDC, ref. (3).

3.5.3 Desvio Atravs de Galerias ou Adufas

Normalmente, as galerias sero dimensionadas para uma velocidade mxima

admissvel de 15 m/s. A ocorrncia de velocidades superiores dever ser justificada.

Analogamente ao caso dos tneis, as curvas de descarga sero definidas em fun-o da natureza do controle hidrulico: soleira, canal livre ou conduto sob presso,

com ou sem submergncia a jusante.

Adufas operando a plena seo sero tratadas como bocais ou como galerias de

desvio, dependendo das condies particulares do projeto.

No caso de existir canal de acesso galeria, o remanso correspondente ser cal-

culado conforme descrito no item 3.5.1.

As perdas de carga contnua e localizadas sero calculadas como descrito no item

3.5.2.

Sees Rebaixadas - AdufasO escoamento sobre blocos rebaixados de macios de concreto ou atravs de

adufas em seo parcial poder ser tratado como o escoamento sobre vertedouros

de parede espessa, atravs da seguinte expresso:


29/279


( ) 23

2 HKHLCQ f =

onde:

Q = Vazo, em m3/s

L = largura til da(s) adufa(s), em m;

H = carga sobre a soleira, em m;

Cf = coeficiente de descarga, que varia entre 1,5 e 1,9 em funo das carac-

tersticas particulares do projeto e das propores da soleira;

K = coeficiente de contrao, geralmente tomado igual a 0,1, para uma aber-

tura abrupta.

Consideraes adicionais, inclusive o efeito de submergncia a jusante, podero

ser orientados pela folha 711 do HDC Ref. (3).

3.5.4 Proteo de Canais e Ensecadeiras

A dimenso dos enrocamentos de proteo para revestimento de canais ou para

construo dos diques de fechamento em gua corrente ser definida com base na

frmula de Isbash:

DgV s )(22,1 =

onde:

( ) 21

2 hgV = = velocidade limite do escoamento junto cabea do dique, em m/s;

h = desnvel na seo estrangulada pelo dique, em m;

S = peso especfico da rocha;

= peso especfico da gua;

3 6

s

WD

= = dimetro equivalente do bloco da rocha, em m;

W = peso do bloco.

Na fase de projeto bsico os estudos sero baseados na frmula acima ou nas

consideraes e bacos apresentados na folha 712-1 do HDC Ref.(3). Para os

casos mais complexos, a definio final do projeto dever ser confirmada em mo-

delo hidrulico.


30/279


Para o peso especfico da rocha igual a 2,65 t/m3 e, conhecendo-se a velocidade

mdia do escoamento resultante da passagem da vazo de desvio, o dimetro

mdio do material de proteo poder ser avaliado pelas expresses:

DV 9,4= , vlida para pedras individuais e,

DV 8,6= , vlida para pedra imbricada no enrocamento,

onde:

V = velocidade mdia do escoamento, em m/s;

D = dimetro mdio do material, em m.

A figura 3.1, na pgina ao lado, ilustra resultados experimentais em modelos e

prottipos, referidos ao peso especfico da rocha igual a 2,65 t/m3, e os situa com

relao frmula indicada de Isbash.

3.5.5 Fechamento do Rio

A cota de implantao das obras de desvio, tneis, galerias, sees de concreto

rebaixadas ou adufas ser definida de modo a limitar o desnvel, por ocasio do

fechamento do rio, em um valor compatvel com o mtodo de fechamento previsto.

Para fechamento por diques de enrocamento em ponta de aterro, sero considera-das a disponibilidade do material natural (dimetro mximo, volume) e a diviso

possvel do desnvel total entre montante e jusante. Em princpio, o desnvel em

cada dique no dever ser superior a 3,0 m no fechamento.

O dimetro do material a ser utilizado na fase de fechamento do rio poder ser

estimado pela expresso:

HD = 30,0

onde:

D = dimetro mdio do material, em m;

H = diferena de nvel de gua entre montante e jusante da ensecadeira,aps o fechamento, em m.

recomendvel que o fechamento do rio seja verificado em ensaios em modelo

reduzido.


31/279


FIGURA 3.1RELAO

VELOCIDADE DOESCOAMENTO-PESO/DIMETRO

DOSBLOCOS

3.6.1 Vertedouro de Superfcie

O Vertedouro ser projetado de maneira a conduzir as vazes de cheia restituindo-

as a jusante em condies de segurana para a barragem e sem perturbaes de

nvel prejudiciais operao da usina. Seu dimensionamento ser fruto de anlise

econmica que considere alternativas com e sem comportas e suas quantidade e

dimenses mais adequadas. Nos vertedouros controlados por comportas, sero

previstas no mnimo duas comportas.

3.6VERTEDOURO


32/279


Para reservatrios com rea de inundao relativamente pequena em que o

parmetro

A

QR

3600=

onde:

R = velocidade de subida do nvel do reservatrio, em m/h;

Q = pico da cheia de projeto, em m3/s;

A = rea do reservatrio, em m2;

resultar maior do que 2 m/h, ser adotado vertedouro de crista livre sem comportas,

ou justificado um sistema de comportas automticas face s condies de segu-

rana especficas, ou ampliada a borda livre normal da barragem, considerando otempo disponvel limitado para as decises de operao e/ou correo de panes

eventuais.

A velocidade do escoamento no canal de aproximao no dever exceder 6,5 m/s.

Carga de projetoO perfil da soleira vertente ser definido pela forma do jato livre em vertedouro de

parede delgada conforme critrios do BUREAU OF RECLAMATION ref. (2) e do

HDC ref. (3).

A carga de projeto ser definida pela condio de altura de presso mxima nega-

tiva de 6,0 m na crista a plena abertura das comportas.

Balano a montanteA crista em balano ou inclinada para montante pode proporcionar economia apre-

civel no volume de vertedouros de concreto a gravidade, respeitadas as condies

de estabilidade estrutural.

O dimensionamento poder ser feito com base no HDC ref. (3), folhas 111-19 a 111-

19/2.

Localizao das comportasA localizao das comportas sobre a soleira exerce influncia direta sobre as pres-

ses que se estabelecem ao longo do perfil do vertedouro para operao com

aberturas parciais. A presso mnima no dever ser inferior a -2,5 m de coluna de

gua e dever ser confirmada nos estudos em modelo reduzido.


33/279


Se as comportas ensecadeiras forem posicionadas na regio da crista da ogiva do

vertedouro, devero ser verificadas as presses imediatamente a jusante das ra-

nhuras, tendo em vista a ocorrncia de baixas presses nessa regio.

Uma estimativa da presso mnima poder ser efetuada com base nas indicaes

dos grficos 311-6 e 311-6/1 do HDC ref. (3).

Capacidade de DescargaA capacidade de descarga da soleira operando como vertedouro livre ser calcula-

da pela frmula:

Q = C.L.H3/2

onde:

C = coeficiente de descarga, em m1/2/s;

L = largura efetiva do vertedouro, em m;

H = carga sobre a crista, em m.

O valor do coeficiente de descarga para a carga nominal igual carga de projeto

dever ser obtido da publicao do Bureau of Reclamation ref. (2) e os efeitos da

variao da carga, da inclinao da face de montante, da velocidade de aproxima-

o e do grau de afogamento a jusante, sero avaliados com base nas publicaes

do Bureau of Reclamation ref. (2) e do HDC ref. (3).

Para perfis de forma irregular serviro de base os grficos encontrados na publica-

o do Bureau of Reclamation ref. (5).

A largura efetiva do vertedouro ser definida pela frmula

L = L' - 2 ( Ka + n.Kp ) H

onde:

L = largura efetiva, em m;

L' = largura geomtrica til, em m;

Ka = coeficiente de contrao das ombreiras;

Kp = coeficiente de contrao dos pilares;

n = nmero de pilares;

H = carga sobre a crista da ogiva, em m.


34/279


Os coeficientes Ka e Kp sero baseados nas indicaes dos grficos 111-3/1 e 2,

111-5 e 6 do HDC ref. (3).

A capacidade de descarga do vertedouro dever ser verificada em modelo reduzido.

Escoamento Controlado pelas ComportasA capacidade de descarga do vertedouro, operando com aberturas parciais das

comportas, ser calculada pela expresso

ghBGCQ od 2=

onde:

Q = descarga, em m3/s;Cd = coeficiente de descarga;

G0 = abertura da comporta, definida como a distncia mnima entre a borda

da comporta e a soleira do vertedouro, em m;

B = largura geomtrica til do vertedouro, em m;

h = carga hidrulica sobre o centro do orifcio, em m.

O coeficiente de descarga ser baseado nas indicaes do grfico 311-1 do HDC

ref. (3).

O eixo e a viga de apoio (munho) das comportas devero estar posicionados fora

da linha da lmina de gua.

FIGURA 3.2


35/279


Calha do VertedouroEm vertedouros de concreto gravidade, o perfil da calha ser definido pelas condi-

es de estabilidade da estrutura.

Nos vertedouros de encosta, o perfil ser adaptado ao relevo local. A calha ser, em

princpio, retilnea e de seo retangular.

A declividade dever garantir um escoamento supercrtico e estvel. As curvas verti-

cais convexas sero baseadas na forma de um jato livre de acordo com a equao:

]cos)(4[ 2

2

vhhK

xtgxy

++=

onde: = ngulo do canal com a horizontal acima da curva, em graus;

K = coeficiente > = 1,5;

h = profundidade do escoamento, em m;

hv = gv

2

2

= altura cintica;

v = velocidade do escoamento, em m/s;


Para as curvas cncavas, o raio de curvatura no dever ser inferior a 5h.

Eventuais variaes de largura da calha, estreitamentos ou alargamentos, sero

limitadas por inclinaes de 1:3F, onde F o nmero de Froude do escoamento.

recomendvel a verificao da calha em modelo reduzido.

Borda Livre do MuroA borda livre dos muros laterais do vertedouro ser definida com base em ensaios

em modelo reduzido. A aerao do fluxo poder ser avaliada com base no grfico050-3 do HDC ref. (3).

Perdas de CargaA estimativa das perdas de carga ao longo da face de jusante do vertedouro poder

ser importante para o projeto dos dispositivos de dissipao de energia. Ser ne-

cessria, tambm, para se determinar a profundidade do escoamento ao longo da

calha.


36/279


Para a estimativa das perdas de carga no perfil da lmina lquida no trecho inicial do

escoamento durante o desenvolvimento da camada limite ser utilizado o mtodo

preconizado nas folhas 111-18 a 111-18/5 do HDC ref. (3).

Para o trecho com a camada limite plenamente desenvolvida, ser aplicado o m-

todo clssico das diferenas finitas, "standard-step-method", considerando o coefi-

ciente de rugosidade de Manning igual a 0,012 para o clculo das velocidades

mximas, e igual a 0,015 para o clculo dos nveis de gua.

Aerao InduzidaA necessidade de dispositivos de aerao para evitar a cavitao ser determinada com

base em um ndice de cavitao incipiente = 0,25, que corresponde a irregularidades

graduais de acabamento da superfcie de concreto, da ordem de 20:1. O ndice de

cavitao natural do escoamento ao longo do rpido ser calculado pela expresso:

gv

HH vn

2

=

egR

vhh

PH a ++=

cos

onde:

n

= ndice de cavitao natural;

i

= ndice de cavitao incipiente;

H = altura de presso em termos de presso absoluta, em m;

v = velocidade mdia do escoamento, em m/s;

Hv

= altura de presso de vapor, em m.

Pa = presso atmosfrica;

h = profundidade do escoamento normal ao piso, em m;

= ngulo de inclinao da calha com a horizontal, em graus;

R = raio de curvatura da curva vertical (negativo nas curvas convexas), em m;

= peso especfico da gua = 10.000 N/m3;

g = acelerao da gravidade, m/s2;

Dispositivos de aerao sero previstos sempre que n < i

3.6.2 Descarregador de Fundo

Descarregadores de fundo sero previstos na barragem sempre que for imperativo

manter uma vazo a jusante, independente da vazo turbinada, para abastecimen-

to, irrigao, gua de compensao, ou outros usos; quando houver a necessidade


37/279


de rebaixamento do reservatrio abaixo da crista do vertedouro ou de seu esvazia-

mento, ou quando for necessria a descarga de sedimentos. Em alguns casos, o

prprio vertedouro poder ser concebido parcial ou totalmente como um

descarregador de fundo.

Ser projetado de maneira a permitir a conduo da gua atravs da barragem em

condies de segurana com eficincia hidrulica elevada, controle atravs de

comportas ou vlvulas de regulao e restituio a jusante, prevendo-se a conveni-

ente dissipao de energia e minimizao dos efeitos erosivos.

Formas de entradaAs tomadas de gua proporcionaro a acelerao progressiva e gradual do fluxo e

tero, em geral, superfcies curvas contnuas, de preferncia elpticas ou circulares,

previstas para manter condies adequadas de presso ao longo das paredes.

A distribuio das presses ser determinada em modelos reduzidos e avaliaes

preliminares podero ser feitas com base nos grficos 211-1 a 1/2, 221-2 a 3/1 do

HDC ref. (3).

As condies de vorticidade devero ser verificadas em modelo reduzido.

Devero ser evitadas presses negativas que se traduzam em perigo de cavitao.

RanhurasA perturbao do fluxo produzida pelas ranhuras resulta em um abaixamento loca-

lizado da presso que dever ser verificado devido ao risco de cavitao.

O decrscimo de presso em ranhuras retangulares e ranhuras com recesso na

parede de jusante poder ser avaliado com base nos grficos 212-1 e 1/1 do HDC

ref. (3).

Ranhuras com recesso sero adotadas se a presso resultante for inferior pres-

so atmosfrica.

A necessidade de blindagem metlica na regio da ranhura ser avaliada em fun-

o do abaixamento de presso. Alturas de presso inferiores a -3,0 m de coluna de

gua indicam a necessidade de blindagem, que depender finalmente da freqn-

cia prevista para a operao.


38/279


GradesA necessidade de grades a montante dos vertedouros de fundo depende do tipo de

controle previsto para o fluxo. Vlvulas de regulao do tipo jato oco (Howell-Bunger)

exigem cuidados semelhantes aos adotados para as tomadas do circuito de gera-

o.

O controle a montante por meio de comportas de segmento ou comportas deslizantes

poder prescindir das grades. Controles intermedirios ou a jusante para esses

tipos de comportas devero prever grades fixas com abertura mxima inferior a 1/3

da mnima dimenso do conduto na seo das comportas.

Capacidade de descargaA avaliao da capacidade de descarga ser efetuada com base em coeficientes

de perda de carga de estruturas anlogas, como apresentado nos grficos 221/1 a

1/3 do HDC ref. (3) ou, no caso de orifcios controlados por comportas e vlvulas de

regulao, pela expresso:

gHCAQ 2=

onde:

Q = descarga, em m3/s;

C = coeficiente de descarga, definido atravs dos grficos 320-1, 320-3, e332-1 e 1/1, do HDC ref. (3);

A = rea do orifcio, em m;

H = diferena entre o nvel de gua a montante e o nvel de gua a jusante do

dispositivo de controle.

A capacidade de descarga e as condies do escoamento devero ser verificadas

em ensaios de modelo reduzido.

VentilaoA ventilao ampla do fluxo a jusante da suco da comporta ou vlvula de controle

fundamental para a segurana da operao e a reduo dos riscos de cavitao.

A estimativa de quantidade de ar arrastado pelo escoamento poder ser efetuada

atravs do grfico 050-1 do HDC ref. (3), complementada pelas indicaes de Wisner,

ref. (6).


39/279


A velocidade do ar no duto de ventilao no dever superar 60 m/s. A tomada do

duto de ventilao dever ser protegida com relao aproximao de pessoas ou

animais.

AeraoA necessidade de dispositivos de aerao para evitar a cavitao ser baseada no

ndice de cavitao incipiente, conforme descrio apresentada no item 3.6.1 refe-

rente ao vertedouro de superfcie. Ser observada a condio mais crtica dos

vertedouros de fundo tendo em vista a ausncia da camada limite no fluxo de alta

velocidade emergente da comporta de regulao.

3.6.3 Estruturas de Dissipao de Energia

Bacias de dissipaoAs bacias de dissipao do tipo ressalto sero aplicadas sempre que no for poss-

vel a adoo do defletor em salto de esqui para a restituio do fluxo do vertedouro

ou descarregador de fundo a jusante. Bacias do tipo "roller bucket" podero consti-

tuir alternativa vlida dependendo de avaliao econmica e consideraes sobre

a rocha de fundao.

O dimensionamento preliminar da bacia de dissipao dever seguir a experin-

cia do Bureau of Reclamation ref. (2) ou ref. (6) e ser verificado em modelo hidru-

lico reduzido.

A profundidade da bacia ser prevista para a vazo de projeto, enquanto o seu

comprimento poder ser otimizado para uma enchente de perodo de recorrncia

de 100 a 200 anos, admitindo-se a expulso do ressalto para enchentes mais raras;

os danos sero justificados por uma anlise econmica.

Defletores em salto de esquiOs defletores em salto de esqui constituem um sistema eficiente e econmico para

a restituio das guas a jusante de vertedouros e so recomendados quando as

condies hidrulicas, topogrficas e geolgicas o permitem.

A crista do defletor dever estar sempre situada acima do nvel de mxima enchente

a jusante do vertedouro.


40/279


A curvatura do defletor dever ser capaz de definir a orientao do jato efluente,

correspondendo a um raio de curvatura entre 5 a 10 vezes a profundidade do esco-

amento.

O ngulo de sada do defletor com a horizontal ser escolhido de forma a conciliar

o lanamento do jato a uma distncia suficiente para garantir a segurana da estru-

tura principal, com o interesse de se conseguir a expulso do ressalto, a boa defini-

o do jato para vazes pequenas e a reduo do ngulo de incidncia do jato na

bacia de lanamento.

Em princpio dever ser adotado um ngulo de sada em torno de 10 a 20, porm

sua otimizao ser objeto de ensaio em modelo reduzido.

O alcance do jato poder ser avaliado preliminarmente com base na equao da

trajetria de um jato livre:

)cos)(4[2

2

vhhK

xtgxy

++=

onde:

= ngulo de sada do defletor, em graus;

h = profundidade do escoamento, em m;

hv

= altura cintica = gV

2

2

onde V = velocidade mdia do escoamento, em m/s;

y = altura entre o ponto de sada do jato no defletor e o nvel de gua de

jusante, em m;

x = distncia entre o ponto de sada no defletor e o ponto de alcance do jato,

em m;

K = 0,90, considerando o efeito da resistncia do ar, ou com base no grfico

112.8 do HDC ref. (3).

A crista do defletor dever ser bem definida para minimizar a tendncia a presses

negativas imediatamente a montante da mesma. O ngulo entre a tangente curva

na crista e o paramento imediatamente a jusante no dever ser inferior a 40o.

A distribuio das presses ao longo da curva poder ser avaliada segundo o mto-

do proposto por Ballofet, admitindo-se um fluxo potencial, ou com auxlio do grfico

112-7 do HDC ref. (3)


41/279


Bacia de lanamentoO interesse de se efetuar uma pr-escavao da bacia de lanamento e a extenso

desta pr-escavao sero avaliados com base na previso da magnitude da fossa

de eroso natural e das conseqncias dessa eroso.

As dimenses da fossa de eroso dependem das caractersticas hidrulicas do jato

efluente do salto de esqui e da natureza da rocha na regio da bacia de lanamento,

cuja avaliao inicial difcil e aproximada.

Estudos em modelo reduzido com fundo mvel com material solto ou com material

coesivo so teis para orientar a dimenso da eroso.

Uma avaliao inicial da profundidade da fossa de eroso poder ser efetuada com

base na frmula de Veronese:

225,054,0. HqKhe

=

onde:

he = profundidade da eroso medida a partir do nvel de gua na bacia de

lanamento, em m;

q = vazo especfica mxima, em m/s/m;

H = desnvel total entre o nvel de gua no reservatrio e o nvel de gua nabacia de lanamento, em m;

K = coeficiente de Veronese, a ser definido:

1,9, valor para areia solta, que pode ser considerado como um valor limite;

1,4 a 1,5, valor mdio que reflete dados observados em diversas obras;

0,7, valor aplicvel fundao em basaltos de excelente qualidade.

3.7.1 Canal de Aduo

DimensionamentoO dimensionamento do canal de aduo ser feito com base em um estudo econ-

mico objetivando a minimizao da soma do custo da estrutura e do valor presente

da energia perdida.

Em princpio, o canal ser dimensionado para o engolimento mximo das mqui-

nas, considerando o reservatrio em seu nvel mnimo operacional. A velocidade

3.7

CIRCUITO HIDRULICODE GERAO


42/279


mxima ser da ordem de 2,5 m/s para canais escavados em rocha ou revestidos

em concreto, e de 1,0 m/s para canais escavados em solo.

Perda de Carga

A perda de carga nos canais de aduo ser calculada atravs do mtodo das

diferenas finitas "Standard Step Method", utilizando-se a equao de Manning-

Strickler:

21

321

IRn

V = ou

2

32

=

R

nVLhf

onde:

V = velocidade mdia na seo, em m/s;

R = raio hidrulico = A/P, em m;

I = declividade do canal, em m/m;

A = rea molhada, em m2;

P = permetro molhado, em m;

L = comprimento do canal, em m;

n = coeficiente de rugosidade, obtido na tabela 3.1;

hf = perda de carga contnua no canal, em m.

3.7.2 Tomada de gua

GeometriaA tomada de gua ser projetada de forma a estabelecer uma acelerao progres-

siva e gradual do escoamento do reservatrio aduo, evitando-se os fenmenos

de separao do escoamento e minimizando-se as perdas de carga.

Para tomadas com carga menor que 30 m.c.a., a velocidade adotada na seo

bruta das grades ser de 1,0 a 1,5 m/s. Para tomadas com carga maior que 30

m.c.a., a velocidade adotada ser de 1,5 a 2,5 m/s.

Na seo das comportas, a velocidade mxima no dever ultrapassar a 6 m/s.

Submergncia mnimaNo projeto da tomada de gua a formao de vrtices com arrastamento de ar

dever ser evitada, fixando-se a elevao do portal de entrada em funo da

submergncia mnima e reduzindo-se a circulao do escoamento na rea da

tomada.


43/279


O grau de submergncia poder ser avaliado pela Frmula de Gordon:

KV d=

onde:

s = submergncia da tomada, em m;

d = mnima dimenso vertical na seo longitudinal da tomada, em m;

V = velocidade mdia nesta seo, em m/s;

K = coeficiente varivel, igual a 0,545 para condies simtricas de aproxi-

mao, e 0,725 para condies assimtricas de aproximao.

A elevao mxima da geratriz superior do conduto, na seo onde foi tomada a

dimenso d, ser definida pela cota do nvel de gua mnimo normal do reservatriosubtrado do valor de s. Alm desta condio, a aresta superior do portal de entrada

da tomada de gua dever se situar pelo menos 2,0 m abaixo do nvel de gua

mnimo normal do reservatrio.

A formao de vrtices desfavorveis muito influenciada pela circulao do esco-

amento no canal de aproximao. Portanto, o critrio de submergncia dever ser

considerado apenas como uma estimativa preliminar para o projeto da tomada de

gua, que ser posteriormente verificado em modelo reduzido.

Duto de ventilaoO duto de ventilao ser dimensionado para uma vazo de ar igual ao engolimento

mximo da turbina, admitindo-se uma velocidade mxima de 60 m/s.

Para comportas tipo vago com vedao a montante, o espao livre do nicho da

comporta poder substituir o duto de ventilao.

Ser verificada

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