Barragens ENG /2

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2013/2

Prof. Dr. João Luiz Armelin Prof. M.Sc. Ricardo Ferreira

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Prof. Dr. João Luiz Armelin Prof. M.Sc. Ricardo Ferreira

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ESTRUTURAS DE CONCRETO

CONDIÇÕES DE CARREGAMENTO (ELETROBRAS)

Condição de Carregamento Normal – CCN corresponde a todas as combinações de ações que apresentam grande probabilidade de

ocorrência ao longo da vida útil da estrutura, durante a operação

normal ou manutenção de rotina da obra, em condições hidrológi-cas normais, compreendendo as seguintes cargas:

• Peso próprio da estrutura e equipamentos;

• Carga acidental uniformemente distribuída, concentrada e cargas móveis;

• Carga relativa às atividades rotineiras de operação e manutenção;

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CONDIÇÕES DE CARREGAMENTO (ELETROBRAS) Condição de Carregamento Normal

• Empuxos hidrostáticos com o NA do reservatório e do canal de fuga variando entre os níveis máximo normal e mínimo normal, fuga variando entre os níveis máximo normal e mínimo normal, sendo que a condição mais severa de carregamento deverá ser selecionada para cada estrutura;

• Empuxo de terraplenos e de assoreamento;

• Pressão hidrodinâmica devido a esforços hidráulicos;

• Pressão intersticial;

• Esforços devido ao vento;

• Variação de temperatura e retração do concreto;

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CONDIÇÕES DE CARREGAMENTO (ELETROBRAS) Condição de Carregamento Normal

• Esforços sobre a estrutura no primeiro estágio, em casos onde o segundo estágio da estrutura deva ser completado o segundo estágio da estrutura deva ser completado posterior- posterior-mente, com a CH em operação.

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Condição de Carregamento Excepcional – CCE, que corresponde a uma situação de combinação de ações com baixa probabilidade

de ocorrência ao longo da vida útil da estrutura.

Em geral, estas combinações consideram a ocorrência de

somente uma ação excepcional, tais como condições hidrológicas excepcionais, defeitos no sistema de drenagem, manobras de

caráter excepcional, efeitos sísmicos, etc. com as ações correspon-dentes à CCN, logo deverá adicionar a esta condição uma das

seguintes cargas excepcionais:

• Empuxos hidrostáticos e subpressão associados ao NA no

reservatório e no canal de fuga variando entre os níveis máximo

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CONDIÇÕES DE CARREGAMENTO (ELETROBRAS) Condição de Carregamento Excepcional

• Subpressão decorrente de drenagem inoperante ou de falhas no sistema de drenagem;

• Pressão hidrodinâmica devida à ação sísmica;

• Efeito de onda;

• Quaisquer esforços excepcionais sobre as estruturas de primeiro estágio.

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Condição de Carregamento Limite – CCL, que corresponde a uma situação de combinação de ações com muito baixa probabilidade

de ocorrência ao longo da vida útil da estrutura.

Em geral, estas combinações consideram a ocorrência de mais de uma ação excepcional, tais como condições hidrológicas

excepcionais, defeitos no sistema de drenagem, manobras de caráter excepcional, efeitos sísmicos, etc. com as ações corres-pondentes à CCN, logo deverá adicionar a esta condição duas das seguintes cargas excepcionais:

• Empuxos hidrostáticos e subpressão associados ao NA no

reservatório e no canal de fuga variando entre os níveis máximo

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CONDIÇÕES DE CARREGAMENTO (ELETROBRAS) Condição de Carregamento Limite

• Subpressão decorrente de drenagem inoperante ou de falhas no sistema de drenagem;

• Pressão hidrodinâmica devida à ação sísmica;

• Efeito de onda;

• Quaisquer esforços excepcionais sobre as estruturas de primeiro estágio.

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Condição de Carregamento de Construção – CCC, que correspon-de a todas as combinações correspon-de ações que apresentem

probabilida-de probabilida-de ocorrência durante a execução da obra.

Podem ser devidas a carregamento de equipamentos de constru-ção, a estruturas executadas apenas parcialmente e carregamen-tos anormais durante o transporte de equipamencarregamen-tos permanentes, cargas temporárias para instalação e montagem de equipamentos definitivos, cimbramentos e quaisquer outras condições

semelhantes, que ocorrem durante períodos curtos em relação à vida útil da estrutura. A seguinte lista de condições de carrega-mento tem caráter genérico, devendo ser analisada e completada em função de cada caso específico.

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CONDIÇÕES DE CARREGAMENTO (ELETROBRAS) Condição de Carregamento de Construção

• Condições normais de carregamento em estruturas incomple-tas, conforme for apropriado em cada caso em particular. Como tas, conforme for apropriado em cada caso em particular. Como exemplo pode-se citar esforços sobre estruturas em 1º estágio, em casos onde o 2º estágio deve ser completado posteriormen-te como é o caso de adufas vazias sob o verposteriormen-tedouro;

• Cargas de equipamentos de construção e montagem;

• Cargas devidas às ancoragens provisórias para guinchos,

guindastes ou dispositivos de levantamento de carga ou simi-lares, cargas de compactação de aterros e reaterros;

• Cargas vivas excepcionais, devidas à movimentação e monta-gem de equipamentos;

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• Cargas devidas a testes de equipamentos permanentes;

• Cargas hidrostáticas e subpressões anormais devidas a

• Cargas hidrostáticas e subpressões anormais devidas a esvaziamentos temporários;

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Na combinação de ações devem ser observadas as seguintes condições:

condições:

• Cargas variáveis serão consideradas em intensidade e direção do modo mais desfavorável;

• Cargas acidentais, uniformemente distribuídas ou concentra-das, serão consideradas na combinação mais desfavorável em termos de intensidade, localização, direção e sentido, não se considerando qualquer redução de esforços internos por elas causados;

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• Combinação mais desfavorável do NA de montante e jusante

• Combinação mais desfavorável do NA de montante e jusante com os correspondentes diagramas de subpressão;

• Os empuxos de terra nas estruturas levarão em conta a ocorrência de lençol freático, caso exista;

• No caso de sistemas de drenagem a montante e a jusante não deverão ser consideradas falhas concomitantes dos sistemas.

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ESQUEMA COM OS PRINCIPAIS CARREGAMENTOS FONTE: NOVAK et al. (2004)

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ESTABILIDADE (ELETROBRAS)

A análise de estabilidade da estrutura de uma barragem é feita considerando-a como um conjunto monolítico, podendo desse modo ser assimilada a um corpo rígido.

Para barragens de terra estão disponíveis muitos métodos para Para barragens de terra estão disponíveis muitos métodos para análise, sendo os mais usados aqueles que melhor atendem às condições de equilíbrio, com destaque para os seguintes

métodos: • Bishop Simplificado • Morgenstem e Price • Spencer • Jambu Generalizado • Sarma • Love e Karafiath

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ESTRUTURAS DE CONCRETO ESTABILIDADE (ELETROBRAS)

Para barragens de concreto, de um modo geral, os estudos de estabilidade devem comprovar a segurança das estruturas nas seguintes condições e em planos previamente escolhidos:

• Tombamento;

• Esmagamento;

• Deslizamento em qualquer plano, seja da estrutura, seja da fundação;

• Flutuação;

• Estabilidade elástica (flambagem);

• Tensões na base da fundação e na estrutura;

• Deformações e recalques;

• Vibrações;

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ESTABILIDADE (ELETROBRAS)

As hipóteses que seguem devem ser utilizadas como diretrizes básicas:

• Levar em conta as tensões naturais de confinamento

preexistente e as pressões de água do subsolo quando se preexistente e as pressões de água do subsolo quando se

tratar de análise de estabilidade envolvendo massas de rocha;

• Considerar os resultados de investigações geológicas e geotécnicas ou geomecânicas;

• Considerar o efeito da subpressão, conforme critérios

preestabelecidos, sob e no corpo das estruturas e em massas de rocha;

• Considerar, caso represente a condição mais severa, o carregamento devido à pressão intersticial;

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ESTRUTURAS DE CONCRETO ESTABILIDADE (ELETROBRAS)

• As cargas acidentais de projeto (exceto cargas de equipamento permanente fixo) devem ser completamente desprezadas em análise de estabilidade, sempre que as forças verticais atuarem análise de estabilidade, sempre que as forças verticais atuarem como fatores de estabilidade.

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EXTRAVASOR (VERTEDOURO)

O cálculo do caminho hidráulico para o extravasor parte da deter-minação do valor da vazão estabelecida para as obras permanen-tes Q_cp (m3_/s).

Em seguida, em comum acordo com o Orgão de Licenciamento Ambiental, são estabelecidos os limites da área inundada atingida pelo reservatório quando ocorrer Q_cp(m3_/s).

Neste limite, que pode ser sobre o eixo da barragem, fixa-se,

preliminarmente o comprimento máximo da crista do extravasor, L_ex (m).

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TOMADA D’ÁGUA

As tomadas d’água podem ser:

• De superfície

• Afogadas

A locação da tomada d’água deve considerar:

• Escoamento, se possível isento de perturbações e de baixa velocidade;

• Mínimo transporte de material sólido submerso e de superfície;

• Possibilidade de acesso para manutenção;

• Garantia de afogamento do conduto forçado ou do conduto de baixa pressão de modo a eliminar a possibilidade de aeração externa no escoamento.

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ESTRUTURAS DE CONCRETO TOMADA D’ÁGUA

Para as tomadas d’água afogadas com carga até 30 m, a velocida-de média na seção bruta das gravelocida-des velocida-deverá estar entre 1,0 e

1,5 m/s.

Para maiores cargas, entre 1,5 e 2,5 m/s. Para maiores cargas, entre 1,5 e 2,5 m/s.

O afogamento mínimo pode ser avaliado pela fórmula de Gordon: h_af = k.v.h_v0,5 _(m)

onde

k (m/s) = 0,545 para condições simétricas de fluxo e 0,725 para condições assimétricas;

h_v (m) = mínima dimensão vertical na seção longitudinal da tomada d’água;

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ESTRUTURAS DE CONCRETO TOMADA D’ÁGUA AFOGADA

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ESTRUTURAS DE CONCRETO COMPORTAS

As comportas hidráulicas são classificadas em função do tipo de movimento quando em operação (NBR 7259):

• Comportas de translação

• Deslizamento

• Gaveta, ensecadeira, cilíndrica e anel;

• Rolamento

• Vagão, lagarta, Stoney;

• Comportas de rotação

• Segmento, setor, tambor, basculante, mitra, telhado e visor;

• Comportas de translorotação

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COMPORTAS

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COMPORTAS

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COMPORTAS

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COMPORTAS

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COMPORTAS

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COMPORTAS

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COMPORTAS

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COMPORTAS GRADES

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ESTRUTURAS DE CONCRETO GRADES

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COMPORTAS LIMPA GRADES

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ESTRUTURAS DE CONCRETO TURBINAS HIDRÁULICAS

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TURBINAS – TIPO FRANCIS

A turbina Francis é um tipo de turbina hidráulica com fluxo radial de fora para dentro, concebida por Jean-Victor Poncelet por volta de 1820 e aperfeiçoada pelo engenheiro norte-americano James B. Francis em

1849. 1849.

Neste tipo de turbina, a água sob pressão entra por um duto circular de secção decrescente, onde é desviada por um conjunto de pás estáticas (pré-distribuidor) e, logo depois, para um conjunto de pás articuláveis

(distribuidor) e daí para un rotor central. A água atravessa a parede lateral do rotor, empurrando outro conjunto de pás fixas no mesmo, e sai pela base do rotor com pressão e velocidade muito reduzidas. A potência mecânica

extraída da água é transmitida pelo rotor a um eixo fixado na base oposta.

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ESTRUTURAS DE CONCRETO TURBINAS – TIPO FRANCIS

Turbinas Francis são as mais comuns em usinas hidrelétricas for sua fexibilidade e eficiência O rotor geralmente tem entre 1 e 10 m de

diâmetro. São usadas com quedas de água de 10 até 650 m, a velocidades de 80 a 1000 rpm; sua potências varia de menos de 10 a 750 MWs. Uma turbina 80 a 1000 rpm; sua potências varia de menos de 10 a 750 MWs. Uma turbina Francis bem projetada pode extrair até 90% da energia potencial da água. Em geral, turbinas de tamanho médio ou grande são instaladas com o eixo vertical.

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ESTRUTURAS DE CONCRETO TURBINASTIPO FRANCIS

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ESTRUTURAS DE CONCRETO TURBINAS TIPO FRANCIS

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TURBINAS TIPO KAPLAN

A turbina Kaplan é adequada para operar entre quedas até 60 m. A única diferença entre as turbinas Kaplan e a Francis é o rotor. Este assemelha-se a um propulsor de navio (similar a uma hélice). Um servomotor montado normalmente dentro do cubo do rotor, é Um servomotor montado normalmente dentro do cubo do rotor, é responsável pela variação do ângulo de inclinação das pás. O óleo é injetado por um sistema de bombeamento localizado fora da turbina, e conduzido até o rotor por um conjunto de tubulações rotativas que

passam por dentro do eixo.

O acionamento das pás é conjugado ao das palhetas do distribuidor, de modo que para uma determinada abertura do distribuidor,

corresponde um determinado valor de inclinação das pás do rotor. As Kaplans também apresentam uma curva de rendimento "plana" garantindo bom rendimento em uma ampla faixa de operação.

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ESTRUTURAS DE CONCRETO TURBINAS TIPO KAPLAN

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ESTRUTURAS DE CONCRETO TURBINAS TIPO KAPLAN

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ESTRUTURAS DE CONCRETO TURBINAS TIPO PELTON

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ESTRUTURAS DE CONCRETO TURBINAS-BOMBA

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ESTRUTURAS DE CONCRETO TURBINAS BULBO

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