Os critérios de projeto e construção deste tipo de vertedor até a década de 1970 eram elaborados de forma empírica por USDA e SCS, baseados em dados limitados, adquiridos por meio de levantamentos de campo dos vertedores em operação (TEMPLE, 1989).
Para mudar este panorama, os departamentos da USDA, SCS e ARS elaboraram pesquisas com dados de campo e de laboratório, com a finalidade de quantificar os processos erosivos do vertedor, de maneira a ampliar a compreensão desses processos, e com isso, desenvolver novos critérios de projeto e análise.
Em 1983, SCS formou um grupo de estudo chamado “EMERGENCY SPILLWAY FLOW STUDY TASK GROUP” (ESFSTG), com a intenção de coletar dados de campo de vertedores de emergência que tiveram cargas maiores que 1 metro, relacionando seus possíveis danos. Os dados coletados incluíram vertedores construídos com uma grande variedade de material solto, desde areia até rocha.
Dois anos depois, o SCS elaborou relatórios que forneceriam diretrizes para a adoção deste vertedor. Estas diretrizes levaram em consideração alguns fatores que podem facilitar ou dificultar, tanto o projeto como a construção deste tipo de vertedor. Fatores tais como, disponibilidade de encostas nos arredores do corpo da barragem (para a localização do vertedor), o uso ou não de solo existente no local de implantação desta estrutura (para a construção da seção de controle do vertedor), ou ainda a existência de rodovias sobre a barragem (SCS, 1985). Dependendo das condições, estes fatores podem representar uma limitação para a adoção deste vertedor
Em 1991, foi criado o “DESIGN AND ANALYSIS OF EARTH SPILLWAYS” (DAES) com o objetivo de documentar e desenvolver uma nova tecnologia de projeto e aplicação do vertedor de emergência de vegetação. De acordo com estudos anteriores, resultou em uma classificação do processo erosivo do vertedor em três fases
(TEMPLE, 1994). Este processo erosivo é parte integrante do item 5.5, sendo abordado em detalhes a seguir.
Alguns anos depois, “OHIO DEPARTMENT OF NATURAL RESOURCES DIVISION OF WATER”, publicou suas pesquisas em relação à segurança na operação, deste tipo de vertedor (DAM SAFETY ENGINEERING PROGRAM, 1999).
Estas pesquisas sugerem que a freqüência de uso de um vertedor de emergência de vegetação deve ser menor que:
• Uso uma vez em 50 anos para barragens Classe I; • Uso uma vez em 25 anos para barragens Classe II; • Uso uma vez em 10 anos para barragens Classe III.
Segundo (SCS, 1985), esta classificação baseia-se em fatores de risco, ou seja, os prejuízos causados pela falha ou o rompimento de uma barragem. Os prejuízos incluem perdas econômicas e principalmente perdas de vidas humanas. Portanto as barragens Classe I são aquelas localizadas próximas aos centros urbanos, que com sua falha podem provocar prejuízos nas residências, indústrias e comércios, incluindo principalmente perda de vidas. Para a Classe II, enquadram-se as barragens localizadas predominantemente na zona rural, nos quais falhas podem ocorrer afetando residências isoladas, rodovias, ferrovias, e interrupção do serviço de abastecimento de água. Na Classe III estão as barragens localizadas em regiões rurais, em que sua falha acarretaria apenas perdas de plantações, pequenas rodovias e fazendas. Por este motivo, a preocupação em se atender as especificações de operação e manutenção desta classe de barragens tem-se tornado cada vez maior.
Segundo “VIRGINIA DEPARTMENT OF CONSERVATION AND RECREATION” (VDCR, 2002), como critério de projeto, a localização da estrutura pode ser feita nas ombreiras da barragem ou em um local topograficamente adequado no reservatório.
Em seu projeto devem constar medidas que reduzam o efeito da erosão. Uma alternativa é projetar os canais que compõem o vertedor com uma declividade de fundo suave para que se evitem as altas velocidades que poderão ser erosivas. É imprescindível respeitar-se a máxima velocidade permitida para cada tipo de cobertura e as condições a serem adotadas para o revestimento do canal (VDCR, 2002).
Outro critério imprescindível é a segurança na operação da estrutura vertedora, em que a elevação máxima da superfície d’água no canal do vertedor de emergência deverá estar abaixo de 0,30 m da crista da barragem (VDCR, 2002).
A construção do vertedor de emergência de vegetação pode ser realizada em terreno natural ou em corte, e os canais do vertedor devem ser escavados em solos inalterados ou em rocha. Os canais de terra que formam o vertedor são protegidos por uma cobertura de grama de boa qualidade, sendo que em alguns casos podem ser utilizados como cobertura enrocamento de proteção adequadamente projetado ou concreto (VDCR, 2002).
São utilizadas freqüentemente bermas ou patamares de guia para desviar escoamento nos canais de saída para longe da barragem, prevenindo assim sua erosão. Entretanto, a construção deste tipo de vertedor para ser utilizado como um vertedor principal torna necessária a execução dos canais com proteção de enrocamento, ou ainda ser escavado em rocha em função dos escoamentos mais freqüentes ou constantes em sua operação.
O vertedor de emergência de vegetação, ver Figura 5.2, é constituído pelos seguintes elementos (VDCR, 2002):
• Canal de entrada: o escoamento entra no vertedor através deste canal, cuja largura deve ser maior do que a área de escoamento da seção de controle para que sejam minimizadas as perdas. A entrada do canal deve estar localizada no mínimo 9 m a montante da seção de controle. Deve ser de mesma largura que
o canal de saída, e os eixos devem coincidir. Uma curvatura da linha central do canal de entrada pode ser permitida, mas apenas a montante da seção de controle devendo ser tangente à linha central da seção de controle. O escoamento neste canal é subcrítico.
• Seção de controle: a carga de montante (Hp), medida no canal de entrada em relação à cota da crista é controlada nesta seção, passando à profundidade critica. Se ocorrerem mudanças na profundidade do canal, para proporcionar um aumento na área de escoamento, sugere-se que a largura do fundo seja alterada gradualmente para evitar mudanças bruscas na inclinação das margens do canal. É recomendado que a seção de controle seja localizada próxima às linhas de interseção do alinhamento da barragem com o vertedor de emergência.
• Canal de saída: tem a função de descarregar as vazões de entrada, com escoamento geralmente supercrítico. Devendo estar suficientemente afastado da barragem para que a vazão descarregada não provoque erosões no talude de jusante da barragem.
Figura 5.2 Planta Típica e Perfil Longitudinal do Vertedor de Terra Fonte: VASQUES e GENOVEZ, 2006 - Adaptado de VDCR, 2002.