aula 02 - estruturas hidr_ulicas

CURSO ON-LINE – AUDITORIA DE OBRAS HÍDRICAS P/ TCU PROFESSORES: FREDERICO DIAS E RAFAEL DI BELLO

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AULA 2 – Estruturas Hidráulicas Olá pessoal! Conseguiram acompanhar bem a aula passada? Sei que no começo parece tudo meio nebuloso, mas esperamos que com a resolução das várias questões propostas, vocês tenham conseguido ter mais segurança sobre os assuntos abordados. Esta aula de hoje apresentará outras estruturas hidráulicas, incluindo as barragens e componentes correlatos. Sobre isso, devemos comentar, já de início, o seguinte: 1 – Algumas estruturas hidráulicas serão tratadas com mais detalhes quando do estudo da energia hidrelétrica, por terem mais relação com esse tema (item 2 do edital); 2 – Para o estudo das barragens de terra, necessitamos de conceitos provenientes da área do conhecimento denominada geotecnia (estudo aplicado dos solos e rochas). Nessa aula, persistiremos na metodologia de complementar a teoria com a resolução de questões de concursos anteriores. Entretanto, em alguns assuntos não existem tantas questões anteriores do CESPE. Assim, sempre que preciso, recorreremos a outras bancas. Ao final da aula será proposta uma questão dissertativa sobre os temas discutidos na aula de hoje. Bons estudos. I – BUEIROS Bueiros são estruturas hidráulicas, construídas nos pontos baixos dos vales, objetivando a passagem das águas dos talvegues sob as obras de terraplenagem. Compõem-se de 3 partes: a boca de entrada (a montante), o corpo da obra e a boca de saída (a jusante). Em alguns casos, instala-se um dissipador de energia a jusante. Em outros, são previstas grades na boca de entrada para evitar que objetos possam obstruir o escoamento.



Figura 1 – Bueiro tubular simples de concreto

Figura 2 – Bueiro celular triplo de concreto



Figura 3 – Bueiro tubular duplo de concreto Um bueiro pode ser considerado um conduto livre ou forçado e de pequeno comprimento, intercalado em um curso de água, visando auxiliar a transposição de um aterro. Apesar de serem estruturas simples, os bueiros têm seu funcionamento hidráulico complexo. Assim, podem trabalhar de três formas distintas: como canal (ou seja, escoamento livre); como orifício (com carga hidráulica a montante); ou como conduto forçado (com carga a montante e a jusante). Pessoal, já estudamos os canais e os condutos forçados, mas ainda não tínhamos falado dos orifícios. Os orifícios são aberturas regulares na parede ou no fundo de um recipiente, através do qual sai o líquido ali contido, mantendo-se o contorno submerso. Pode-se dizer que um orifício está totalmente submerso se o nível d’ água a jusante estiver acima do bordo superior do orifício (Figura 4a). Pode-se dizer que ele está parcialmente submerso se o nível d’ água a jusante está entre os bordos do orifício (Figura 4b).



Figura 4 – Orifícios Voltando aos bueiros, sua classificação se dá segundo os critérios de número de linhas, geometria e materiais utilizados. Adota-se a uma notação simples para sua identificação, como veremos adiante. Os bueiros podem ser simples (“S”), duplos (“D”) ou triplos (“T”), conforme tenham 1, 2 ou 3 linhas (evita-se um número maior que três). No caso de um número de linhas superior a um (linhas múltiplas), adota-se uma redução da capacidade de vazão de 5%. Ou seja, um bueiro duplo terá a capacidade de vazão igual a 95% da soma das capacidades individuais de cada um dos bueiros. Podem ser tubulares - “T” (seção circular) ou celulares – “C” (seção retangular ou quadrada). Existem ainda outras formas menos comuns (elíptica, por exemplo), para serem usadas quando mais conveniente ao projeto. Quanto aos materiais, as bocas (de saída e de entrada) podem ser construídas em concreto, alvenaria de pedra argamassada ou em gabiões (pedras envoltas por uma tela metálica, formando uma espécie de “caixa” recheada de pedras). O corpo pode ser de concreto moldado in loco ou constituído por peças pré-moldadas, nesse caso denominado genericamente de bueiros de concreto (“C”). São comuns também os construídos em chapa de aço corrugadas (bueiros metálicos – “M”). Há ainda os de PVC, fibra de vidro etc. As letras especificadas são úteis em especificações dos serviços de uma obra hídrica, como uma forma de “abreviar” a descrição do serviço em uma planilha orçamentária. Um bueiro duplo tubular metálico, com diâmetro de 1,00m, terá a notação BDTM ø 1,00. Já a notação BTCC 3,00 x 2,00 corresponde a um bueiro triplo celular de concreto, cuja seção tem 3,00m de base e 2,00m de altura, cada uma das células.



Como critério de projeto, deve-se ter em mente que o dimensionamento de obras novas é usualmente efetuado na hipótese de funcionamento como canal. Em ocasiões especiais, admite-se uma condição de operação com pequena carga hidráulica, limitada a 20% da dimensão vertical da obra. Já na verificação do funcionamento de obras já existentes (as quais podem estar “subdimensionadas” para os parâmetros técnicos atuais), pode ser aceita alguma carga a montante, mas deve ser dada atenção à estabilidade do aterro, que muitas vezes não suporta as solicitações decorrentes de elevados níveis de água a montante. A Figura 5 apresenta algumas alternativas de posicionamento de bueiros.

Figura 5 – Alinhamentos de bueiro É recomendável que seja seguido o traçado do percurso natural do talvegue (Figura 5a). Entretanto, há a possibilidade de se usar o alinhamento exposto na Figura 5b. Nesse caso, o bueiro deve ter sua extremidade de jusante terminando além da face do talude, visando protegê-lo da erosão (em especial o “pé” do dique), já que evita seu contato com o escoamento. Já no traçado da Figura 5c, o talude funciona como uma barragem, já que ocasiona represamento a montante. Por fim, assim como ocorre nos canais, deve ser analisada a velocidade máxima de escoamento dos bueiros, de acordo com o material do revestimento. Deve ser avaliada também a velocidade admissível do escoamento hidráulico a jusante da obra, prevendo-se, quando necessário, estruturas de dissipação de energia, que sejam capazes de reduzir essas velocidades. Pessoal, nosso interesse é o foco no concurso. Portanto, vamos ver como o CESPE abordou esse assunto em 2005: (TCU/2005) Na transposição de um aterro de estrada, um bueiro pode ser corretamente empregado como conduto forçado. II - BARRAGENS Barragem é a estrutura construída transversalmente a um rio ou talvegue, com a finalidade de obter a elevação do seu nível d’ água e/ou de criar um reservatório



de acumulação de água seja de regulação das vazões do rio, seja de outro corpo hídrico. É essa elevação do nível d’ água, por exemplo, que possibilitará a alimentação da tomada d’ água de uma obra hídrica (uso da água para abastecimento urbano, geração de energia, insumo industrial etc.).

Figura 6 - Barragens Em locais de baixa queda, no caso de aproveitamentos hidrelétricos, a barragem tem a função de criar o desnível necessário à produção da energia, pois a produção energética é função, principalmente, da vazão do rio e da altura de queda da água. Esse assunto será detalhado posteriormente quando do estudo detalhado desse assunto. De início, vale apresentar a distinção entre barragens de nível e barragens de regularização de vazão (também conhecidas como barragens de acumulação). As barragens de nível são aquelas construídas com a finalidade de se criar carga hidráulica sobre as estruturas de captação (lembrem do conceito de carga hidráulica da aula anterior e reparem que, neste caso, a carga é uma função da altura de queda). Ou seja, destinam-se a criar nível, e não a regularizar vazões. Portanto, não garantem o abastecimento no período de recessão e nem acumulam cheias para serem liberadas nos períodos de vazões mínimas (efeito de regularização).



Já as barragens de regularização apresentam os efeitos discutidos na aula 1, quando do estudo do item “reservatórios”. Ou seja, essas barragens têm como efeito a redução das variações de vazão, estocando as vazões máximas As barragens podem ser de terra, de enrocamento, de concreto, ou mistas (por exemplo, a barragem da Usina Hidrelétrica de Itaipu, com trechos em enrocamento, trechos em terra e outro em concreto). O tipo de barragem é escolhido em função das características topográficas e geológico-geotécnicas do sítio, considerando-se, ainda, a disponibilidade de materiais naturais de construção e o processo construtivo a ser utilizado. Pessoal, nesse momento, vale a pena gastar um parágrafo apresentando o que é o “enrocamento”, já que esse termo é recorrente nas provas de concurso. O enrocamento é um processo construtivo em que se utilizam blocos de rocha de diâmetros controlados. Podemos ter um barramento executado em enrocamento (normalmente quando a rocha é abundante na obra, devido a escavações, e usualmente com o núcleo da barragem confeccionado em argila, para “vedar” a passagem de água), ou também termos estruturas em terra onde o enrocamento é uma camada superficial que atua como dispositivo amortecedor, destinado à proteção de taludes (barragens e canais), contra efeitos erosivos ou solapamentos (impactos significativos, no caso de ondas do reservatório ou canal), causados pelos fluxos d'água. Na prática, trata-se de blocos de rocha com diâmetro variável dentro de uma faixa controlada. Essas rochas podem ser simplesmente lançadas (assentadas com o auxílio de um jato de água) ou arrumadas (compactadas com uso de rolos pesados e tratores). Podem ainda ser rejuntadas ou não com argamassa de cimento. Retomando a linha de raciocínio, cabe destacar que tanto as barragens de terra quanto as de enrocamento devem dispor de recursos para controlar a percolação das águas que se infiltram através do maciço, tratando de medir esta vazão de infiltração e conduzir toda a água com segurança para o pé da barragem (face de jusante). Pessoal, o CESPE adora esse assunto (tipos de barragem, suas diferenças e controle da percolação). Portanto, fiquem atentos! 1 - Escolha do local Para a escolha de um local adequado para a implantação de uma barragem, devem ser observados os seguintes critérios: - áreas de empréstimo e pedreiras com disponibilidade de material em quantidade suficiente e localizado em cota superior à da barragem visando facilitar o transporte de materiais (transportando o material “morro abaixo se economiza bastante no consumo de combustível dos equipamentos de transporte: tratores, escavadeiras, caminhões);



- Possibilidade de utilização do material proveniente das escavações para as barragens de concreto e enrocamento (necessidade de se fazer um “balanço” do material escavado e que será reutilizado, levando as “sobras” para as áreas de “bota-fora”); - O local do vale deve ser o mais “encaixado” possível, ou seja, mais estreito, “afunilado” (com as “ombreiras” – ponto de contato da barragem com o terreno natural nas margens esquerda e direita - bem próximas uma da outra), de forma a se reduzir o volume da barragem; - As fundações devem ser resistentes o suficiente para suportar o peso da barragem; - Deve-se observar a facilidade de construção e de acessos. 2 - Barragens de terra e enrocamento As barragens de terra e enrocamento utilizam materiais disponíveis na região, com um mínimo de beneficiamento. Assim, geralmente apresentam custos bastante reduzidos em relação às de concreto. Assim sendo, têm uso freqüente no Brasil.

Figura 7- Barragem de terra e vertedouro de concreto Deve ser analisado o balanceamento de materiais a fim de se estudar a possibilidade de se utilizar aqueles provenientes de escavações. Por exemplo, caso seja possível, pode-se utilizar o solo escavado para a construção do canal de adução, do vertedouro ou da fundação, evitando-se o bota-fora de material.



Cumpre observar que essas barragens não exigem fundações tão resistentes como exigem as de concreto. Elas apresentam geralmente uma grande área na base de contato com o solo e, portanto, transmitem esforços pequenos para a base. Além disso, acomodam-se melhor a eventuais recalques (acomodação do solo, quando submetido a esforços, causando um pequeno deslocamento vertical da superfície do terreno). Por outro lado, têm seus critérios de projeto bastante ligados ao estudo da geotecnia (estudos dos solos), já que a percolação da água através do corpo dessas barragens deve ser muito bem controlada. A barragem de terra é apropriada para locais onde a topografia se apresente suavemente ondulada, nos vales pouco encaixados. Também é desejável que existam áreas de empréstimo de materiais argilosos/arenosos suficientes para a construção do maciço compactado. Essas áreas de empréstimo são locais, próximos ao empreendimento, em que seja possível obter os materiais necessários para sua construção, sem causar grandes impactos ao meio ambiente. Atenção pessoal: a correta identificação das áreas de empréstimo (e bota-fora) costuma ser bastante rigorosa, em atenção aos requisitos estabelecidos pelo órgão ambiental responsável pelo licenciamento da obra hídrica. E com a crescente importância dos aspectos ambientais para a realização de empreendimentos no país, é bem possível que este assunto seja cobrado na prova do TCU. Vale lembrar que nesse tipo de barragem o vertedouro deve ser, quando possível, localizado fora do corpo da barragem (em uma região lateral em uma das margens, por exemplo), o que protegerá o maciço de solicitações decorrentes da alta velocidade do escoamento de aproximação. A barragem de terra tem a seguinte particularidade: não pode, sob nenhuma hipótese de projeto, sofrer vertimento por cima de seu topo. Essa condição de projeto visa evitar o fenômeno conhecido como “galgamento da barragem”, acidente que é considerado um dos principais causadores do rompimento desse tipo de barragem. Essas barragens de terra podem ser de três tipos: - homogêneas (Figura 8a): feitas de solos argilosos e muito pouco permeáveis; - zoneadas (Figura 8b): com um núcleo impermeável e as zonas externas mais permeáveis; - mista (diafragma - Figura 8c): constituída de vários tipos de materiais tais como argila, areia, brita, blocos de pedra.



Figura 8 – Barragens homogênea (a), zoneada (b) e mista (c) Já as barragens de enrocamento são formadas em grande parte com material de grandes diâmetros, que apresentam alta permeabilidade. Assim, devem ter sua vedação garantida por uma faixa de material impermeável (normalmente feita em concreto ou por um material mais fino, como solo argiloso). Podem ser de dois tipos: - barragens de enrocamento com face em concreto (Figura 9a); - barragens de enrocamento com núcleo de argila (Figura 9b).

Figura 9 – Barragens de enrocamento As barragens de enrocamento são viáveis quando inexiste área de empréstimo de solos argilosos na periferia da obra (seria necessário trazê-la de longe, aumentando significativamente os custos de transporte da jazida à obra), mas há pedreiras facilmente exploráveis. Portanto esse tipo de barragem é encontrado em regiões rochosas. Também é aplicável em vales estreitos, quando é problemática a construção de um vertedouro lateral, podendo ser usado o próprio corpo da barragem como vertedouro. Questão de concurso: (TCE-PI/2005-FCC-adaptado) As pressões transmitidas ao terreno pelas barragens de terra são pequenas devido às suas dimensões. Proteção dos taludes Como forma de se aumentar o período de utilização da barragem, são previstas formas de proteção dos taludes (faces inclinadas) do maciço. No caso dos



taludes de montante (“rio acima”, lembrem-se: “montante” = “olhando para a montanha”, de onde vem a água), visa-se a proteção contra a ação do vento, ondas do reservatório e chuva. No talude de jusante, os principais agentes de ataque são, além da chuva e do vento, o pisoteio de animais e outras formas de impactos que podem ocorrer na face que fica “exposta” à ação do tempo. As formas mais comuns de proteção no talude de montante são o uso de “rip-rap” (lançado ou arrumado), placas de concreto, pedras rejuntadas, asfalto e brita corrida (= produto resultante de britagem primária de rocha sã, cuja granulometria é contínua, muito usada em obras rodoviárias). “O “rip rap é a denominação dada a uma técnica que se utiliza de camada de fragmentos de rocha utilizados para proteção contra a erosão. No talude de jusante, adotam-se o plantio de espécies vegetais (grama, por exemplo), camadas de pedra e drenagem superficial (no caso de barragens maiores). As espécies vegetais a serem escolhidas devem ser do tipo cujo crescimento das raízes se dê de forma horizontal. O plantio de árvores e arbustos deve ser evitado, pois suas raízes tenderão a se dirigir para os sistemas de drenagem interna em busca de água; Além disso, se elas vierem a morrer, os “vazios” das raízes apodrecidas pode criar caminhos preferenciais para a água de percolação. Vamos ver uma questão sobre isso: (TCE-PI/2005-FCC-adaptado) Sobre a proteção dos taludes de jusante de uma barragem de terra o plantio de árvores e arbustos, ao longo do talude, deve ser previsto e planejado para facilitar o crescimento da grama. Percolação e Drenagem interna Percolação é a denominação dada ao processo de passagem de água pelo maciço das barragens, ou por sua fundação. Ela é especialmente danosa no caso de haver carreamento de solo pelo fluxo da água ou aumento de pressão interna na barragem. Por isso, toda barragem requer uma zona de baixa permeabilidade (vedação), cuja finalidade é controlar e reduzir do fluxo de água pelo corpo do maciço. O volume das águas percoladas é calculado por uma rede de fluxo (Figura 10), a qual consiste no diagrama formado por: (1) linhas de igual carga hidráulica, ou linhas equipotenciais (“equi” = igual, “potencial” = no caso, a carga hidráulica); e (2) linhas de fluxo ou de corrente. Essas linhas são traçadas aproximadamente perpendiculares entre si e de tal forma que a vazão entre cada par de linhas de fluxo (horizontais) seja constante e que a perda de carga entre duas



equipotenciais (verticais) seja a mesma, formando, desse modo, uma série de pequenos quadrados, tal como ilustrado na figura abaixo.

Figura 10 – Método da rede de fluxo O controle da percolação complementa-se com a drenagem interna (direcionando o fluxo de água de forma segura). A drenagem interna é vital para a segurança de uma barragem e tem como finalidades: (i) captar e conduzir para jusante a água de percolação; (ii) proteger o aterro contra o “piping” (fissuramentos internos), contra gradientes de percolação elevados junto ao pé de jusante da barragem (“levantamento” da barragem); (iii) evitar a saturação do talude (“encharcamento”, com posterior ruptura do solo). O fenômeno de “piping” (na tradução livre para o Português: “entubamento”) ocorre quando o solo rompe-se internamente à barragem em fendas ou orifícios e a água começa a percolar violentamente, exercendo uma ação erosiva intensa, arrastando as partículas sólidas, formando dessa maneira uma espécie de “tubo” (Pipe). Já o “levantamento” ocorre quando a força de percolação vertical ascendente iguala-se ao peso do solo. Não havendo mais peso, o solo “bóia”, ou seja, é como se o solo perdesse seu peso e passasse a “flutuar”. A escolha do tipo de drenagem é função direta da permeabilidade do maciço (= “corpo” da barragem) e das características do material drenante disponível. A seguir, passamos a apresentar alguns tipos de sistemas de drenagem interna: - Tapete drenante (Figura 11a): Previsto para dar vazão à água que percola o maciço, atua primordialmente no controle do fluxo pela fundação; - Filtro vertical com tapete (Figura 11b): Coleta o fluxo que percola no maciço, conduzindo-o para fora da barragem. Adotado em grande parte das barragens homogêneas, mas vem perdendo espaço com a adoção do filtro inclinado; - Filtro inclinado (Figura 11c): localização otimizada do filtro, mas de difícil execução em função da necessidade de rigorosa topografia para manutenção da “inclinação de projeto” do filtro durante as atividades de execução das camadas de aterro; - Dreno de pé (rock-fill - Figura 11d).



Figura 11 – Sistemas de drenagem interna Como critério de projeto, recomenda-se levar os sistemas internos de drenagem até o N.A. máximo normal do reservatório e lançar o dreno horizontal no contato com a fundação. Pessoal, o importante é entender para que servem esses sistemas de drenagem. Como já explicitado, o fluxo excessivo de água através da barragem causa instabilidade nessa última. Portanto, as drenagens internas visam a recolher essa água que percola pelo maciço, criando um caminho preferencial para a água. Dessa forma, fica claro que as barragens não são completamente “estanques”, não é mesmo? É permitido que um pequeno fluxo de água “penetre” em seu corpo, desde que este pequeno fluxo consiga ser conduzido, com segurança, até o pé de jusante da barragem. Do contrário, caso o fluxo seja intenso e “corte” a barragem ao meio, pode haver um sério acidente, com a ruptura do maciço (inclusive com perdas de vidas humanas, como no passado). Essa água, muitas vezes, traz junto partículas de solo, que com o tempo podem colmatar o dreno (= “entupir” os vazios). Assim, adotam-se filtros na barragem a fim de se evitar que esses grãos finos penetrem no material grosso, obstruindo a passagem da água. Os filtros localizam-se nos contatos existentes entre dois materiais de permeabilidade diferente. Por exemplo: transição entre o maciço e o rip-rap; proteção do núcleo em barragens zoneadas; filtro chaminé; tapete filtrante; transição entre o maciço e o rock-fill (= dreno de pé da barragem “preenchido por rocha”); e transição nos poços de alívio. Além disso, evitando, por exemplo, a fuga de solos finos do núcleo da barragem (menos permeável) para o talude de jusante (mais permeável), os filtros protegem o próprio núcleo e aumentam, por consequência, a estabilidade e segurança da barragem como um todo. Apresentamos abaixo uma questão do CESPE sobre o controle da percolação:



(TCE-ES/2004) O material indicado pela letra B visa reduzir a vazão de água capaz de atravessar o corpo da barragem. (TCE-ES/2004) O material da camada indicada pela letra C deve ter coeficiente de permeabilidade menor que o do material da camada indicada pela letra B. Fundações A fundação de uma barragem é o local em que esta se apóia. É o local em que se encontram as obras abaixo do maciço. Em alguns casos, a fundação determina qual será o tipo de barragem adotado, bem como sua seção típica. É comum ocorrerem alguns problemas em fundações de barragens: (i) falta de estanqueidade (= “vedação”); (ii) baixa resistência (= “capacidade de suporte” de cargas é insuficiente); (iii) estabilidade ameaçada devido ao mau contato barragem-fundação (possibilidade de “deslizamento” devido à falta de atrito entre barragem/fundação); (iv) recalques excessivos. Cabe destacar o fato de que muitas vezes o fluxo pela fundação chega a superar o fluxo pelo maciço. Ademais, a grande maioria dos casos de piping ocorre na fundação (Cruz, 1996). Assim, deve-se prever uma vedação para a fundação, que pode ser considerada um complemento para a proteção dada pelo sistema de drenagem interna. Seguem algumas medidas adotadas para prevenir os problemas supracitados: - Trincheira impermeável (cut off – Figura 12): É aplicável para a impermeabilização da camada de areia na fundação. Solução mais efetiva, pois intercepta integralmente a feição permeável onde se deseja interromper o fluxo, preenchendo-se o espaço com solo impermeável compactado até a superfície impermeável. Em alguns casos, quando a camada permeável encontra-se estratificada, adota-se a trincheira parcial, em que escavação atinge parte da fundação apenas; entretanto, essa solução apresenta pequena influência na redução de vazões.



Figura 12 – Trincheira impermeável – cut off - Injeções (Figura 13) – Utilizada no controle das fraturas rochosas de forma a tornar a fundação rochosa impermeável e consolidada (usa-se calda de cimento neste caso). Também pode ser utilizada em fundações permeáveis, por meio de injeções de cimento, argila, bentonita e aditivos químicos. Nessa última aplicação, a injeção é indicada quando a camada permeável for profunda (tiver uma maior espessura).

Figura 13 – Injeções - Cortina de estacas–prancha – Cravação de estacas-prancha metálicas até se atingir trecho impermeável. De custo elevado, é pouco utilizada, já que a presença de rocha alterada causa descontinuidade na superfície impermeabilizada, ocasionando pontos de fuga. - Tapete impermeabilizante (Figura 14) – Indicado quando a espessura do solo permeável é muito grande. Reduz-se a descarga pela fundação pelo aumento do caminho da percolação. É construído com o mesmo material impermeável do núcleo.



Figura 14 – Tapete impermeabilizante - Diafragma (Figura 15) – Funciona como uma cortina de injeções ou de estacas.

Figura 15 – Diafragma A seguir, seguem duas soluções de fundações para o caso de a camada de solo adjacente à barragem (logo abaixo dela) ser impermeável, mas assentar-se sobre uma camada mais permeável. - Poço de alívio (Figura 16) - Os poços de alívio são instalados junto ao pé de jusante para reduzir os danos potenciais das sub-pressões dos materiais mais permeáveis, subjacentes a camada menos permeável (argilosa). Tais sub-pressões podem acarretar erosão interna do material de fundação e instabilidade do maciço. Ajudam também a controlar a direção e a quantidade de fluxo sob a barragem.

Figura 16 – Poço de alívio - Dreno de pé (Figura 17) – Os drenos de pé são constituídos de brita e pedregulho grosso, para os quais convergem as águas freáticas, sendo, em seguida, coletadas e drenadas para algum ponto onde possam ser lançadas sem causar danos (leito do rio ou filtros). São substituídos pelos poços de alívio no caso de camadas impermeáveis mais espessas.



Figura 17 – Dreno de pé Questão de concurso: (MPOG/2008) A trincheira de vedação ou cutoff consiste em escavação feita no solo de fundação preenchida com solo compactado. Barragem de terra - Seções típicas e dimensões básicas Como já explicitado, a disponibilidade de materiais pode ser determinante para a escolha do tipo de barragem, já que podem influir no cronograma ou nos custos de construção. A Figura 18 apresenta a seção típica de uma barragem homogênea.

Figura 18 – Seção típica - Barragem homogênea A Figura 19 apresenta seção típica de uma barragem zoneada.



Figura 19 - Seção típica – Barragem zoneada A seguir passa-se a apresentar algumas dimensões básicas, segundo as “Diretrizes para projetos de Pequenas Centrais Hidrelétricas” da Eletrobrás. Reputamos a baixa probabilidade de que haja questões sobre os detalhes, mas é bom que os colegas tenham uma idéia geral das dimensões envolvidas nos projetos: • Largura da Crista (a) – A largura mínima da crista deverá ser de 3,0 m, exceto quando for utilizada como estrada, quando deverá ter pelo menos 6,0 m; • Cota da Crista - A cota da crista da barragem é fixada considerando-se uma folga (borda livre) acima da elevação do NA máximo normal de operação do reservatório, o qual corresponde ao nível que ocorrerá por ocasião da passagem da descarga de projeto pelo vertedouro. A borda livre variará em função: da profundidade da água junto à barragem, da extensão (L) da superfície do reservatório (medida perpendicularmente ao eixo da barragem) e do vento que sopra sobre a superfície da água. De qualquer forma, têm-se como critério que a borda livre deve ser de cerca de 30% da profundidade, mas, no mínimo, igual a 1m. • Inclinação dos Taludes - A inclinação dos taludes da barragem é caracterizada pelo coeficiente “m”, que indica quantas vezes a projeção horizontal é maior que a projeção vertical. Esse coeficiente depende do tipo de barragem, do material empregado, da altura da barragem e do material da fundação. Como regra, tem-se que no talude a montante há a necessidade de maior “m” do que no de jusante. Ademais, barragens de argila apresentam “m” menor que aquelas feitas de areia. Já as barragens de enrocamento, necessitam de um valor de “m”



menor do que as de argila. Pessoal, atenção na interpretação desse coeficiente “m”: Quanto maior o valor de “m”, mais “deitado” estará o talude. • Largura da Base da Barragem (b) – A largura da base será definida em função das demais variáveis. Barragem de enrocamento - Seções típicas e dimensões básicas O talude a jusante do núcleo impermeável da barragem de enrocamento convencional deverá ser protegido como indicado na Figura 20, visando evitar a fuga do material impermeável através dos vazios dos materiais granulares do espaldar de jusante. A execução da proteção deverá ser realizada concomitantemente ao alteamento da zona impermeável.

Hh

trincheira (eventual)

NA máx.det. 4

a

a - 2,00

0,75hnúcleoimpermeável

0,5H 0,5H

1m1

m21

m1H a m2H

0,51

0,51

enrocamento enrocamento

Figura 20 – Seção típica - barragem de enrocamento

Figura 21 – Detalhe - barragem de enrocamento Além do tipo convencional, há as barragens de enrocamento vertedouras, que permitem que a água passe por cima do maciço, algo que não pode ocorrer nas barragens de terra (galgamento). Nesse caso, a crista e o talude de jusante



devem ser protegidos com pedras de diâmetro suficiente para suportar a velocidade do fluxo. A seguir apresentam-se critérios de dimensionamento: • Largura da Crista (a) – A largura mínima da crista deverá ser de 3,0 m, exceto quando for utilizada como estrada, quando deverá ter pelo menos 6,0 m; • Cota da Crista - A cota da crista da barragem deve ser igual à elevação do NA normal do reservatório; • Inclinação dos Taludes – No caso, da barragem convencional, o coeficiente “m” dos taludes pode ser menor que o das barragens de terra. No caso de barragens vertedouras, o talude de jusante deve possuir uma inclinação mínima igual a 1:8 (vertical : horizontal); • Largura da Base da Barragem (b) – A largura da base será definida em função das demais variáveis. 2 - Barragem de concreto As barragens de concreto dividem-se em: (1) gravidade; (2) arcos; e (3) contrafortes. Inicialmente detalharemos a barragem por gravidade, por ser a mais comumente encontrada. Posteriormente apresentaremos as principais características das outras duas. 2.1 - Barragens de gravidade A barragem gravidade deve ser capaz de resistir, com seu peso próprio, à pressão da água do reservatório e à subpressão das águas que se infiltram pelas fundações.

Figura 22 – Barragens de gravidade



Esse tipo de barragem é recomendado para vales estreitos, encaixados, em maciço rochoso pouco fraturado e com boas condições de fundação. A seção da barragem pode incorporar o vertedouro quando as condições topográficas do local dificultarem a concepção de vertedouro lateral. A cota da crista de uma barragem de gravidade corresponde ao NA máximo normal de operação, acrescido da sobrelevação devida à propagação da cheia de projeto e da máxima altura para a arrebentação de ondas de vento. As larguras dos topos das barragens de gravidade variam de cerca de 0,15 vezes a sua altura, até a largura necessária a uma rodovia. Há ainda uma variante desse tipo de barragem: a barragem de gravidade aliviada. Esse tipo foi proposto como forma de se otimizar a utilização do concreto. Então, constatam-se economias importantes no volume de concreto, o que torna interessante sua adoção em muitos casos. Seções típicas e dimensões básicas A seção típica recomendada para esse tipo de barragem é apresentada na Figura 23.

Figura 23 – Seção típica – Barragem de concreto Na maioria dos casos, adota-se uma seção com paramento de montante vertical, em função dos cálculos de estabilidade.



Na crista da barragem, no trecho não vertente, deverá ser construída uma mureta de proteção contra ondas, em concreto ou em alvenaria de tijolos maciços. A jusante da barragem deve ser feita uma bacia de dissipação, cuja função será amortecer o impacto da água extravasada pelo vertedouro. A bacia terá a mesma largura do vertedouro e, caso a rocha seja pouco resistente ou fraturada será necessária uma laje no fundo da bacia. Para barragem com altura menor que 10 m, a cota mínima da crista deverá estar 1,0 m acima da elevação do NA normal do reservatório. A mureta de proteção contra ondas deverá ter uma altura mínima de 30 cm e largura de 20 cm. Para barragem com altura maior que 10 m, deve-se estimar a borda-livre utilizando-se os critérios específicos e mais aprofundados. Aspectos construtivos 1 – A área sob a barragem, mais uma faixa de 5,0 m para montante e para jusante, deverá ser limpa (isto inclui, destocamento e remoção das camadas superficiais) até se atingir a rocha sã; 2 – As irregularidades na superfície da rocha deverão ser eliminadas com remoção do material ou enchimento com concreto; 3 – Os materiais extraídos serão colocados fora da obra e do reservatório. 4 - A barragem deverá ser concretada por partes (ou blocos) alternadamente, para facilitar a cura do concreto. Entre os blocos deverão ser previstas juntas verticais de dilatação vedadas contra vazamentos. O trecho do vertedouro deverá ser rebaixado em altura correspondente à da lâmina d ‘água máxima vertente.

15,00

crista da barragemcrista do trecho vertedouro

juntas

superfícieda rocha

VISTA DE JUSANTE(DISTÂNCIA ENTRE JUNTAS)

Figura 24 - Concretagem 5 - É usual deixarem-se vãos livres no interior do maciço para fins de galerias de inspeção;



6 – Antes de ser iniciada a construção da barragem deve-se realizar o desvio do rio. 2.2 - Barragem em arco As barragens em arco apresentam curvatura em planta e, pela ação estrutural de sua forma de arco, transmitem às ombreiras a maior parte dos esforços a que estão submetidas. São construídas em concreto e, comparativamente aos outros tipos, as barragens em arco apresentam poucos casos de ruptura.

Figura 25 – Barragem em arco As mesmas forças atuantes nas barragens de gravidade também atuam nas barragens em arco, diferindo apenas em sua importância relativa. Devido a sua base estreita, podendo ser muito altas e delgadas, as barragens em arco são recomendadas para vales estreitos e rochosos. 2.3 - Barragem de contraforte Uma barragem de contrafortes consiste em uma placa inclinada que transmite o empuxo da água a uma série de contrafortes perpendiculares ao eixo da barragem. Os tipos mais comuns são os de laje plana e os de arcos múltiplos, sendo que, geralmente, nos dois casos é utilizado o concreto armado como material. Cabe destacar que a ação estrutural dos arcos permite que haja uma maior distância entre os contrafortes.



Figura 26 – Barragem de contraforte As barragens de contrafortes gastam entre 1/3 a 1/2 do concreto necessário para a construção de uma barragem de gravidade de mesma altura. Entretanto, gastam muito mais formas e aço. Assim, o seu custo nem sempre é inferior. Se por um lado seu peso próprio diminui, em relação à barragem de gravidade, por outro, a redução da base promove o aumento da compressão sobre a fundação, o que exigirá, em alguns casos, o tratamento da fundação. No que tange aos aspectos construtivos, o fato de as barragens de contrafortes consumirem muito menos concreto do que suas equivalentes de gravidade faz com que o tempo de construção seja menor e o problema do desvio do rio menos grave. Questão de concurso: (CGU/2008 - ESAF) As barragens são obras hidráulicas destinadas a efetuar o represamento de um curso d’água. A escolha e definição do tipo de barragem dependerão de vários aspectos condicionantes, classificando-se em dois tipos principais: de concreto e de aterro. Entre as barragens de concreto podem ser distinguidos quatro tipos básicos. A opção que não representa um tipo de barragem de concreto é: a) barragem de enrocamento. b) barragem em arco. c) barragem de contrafortes. d) barragem de gravidade. e) barragem de gravidade aliviada. III - VERTEDOUROS Os órgãos extravasores ou vertedouros são estruturas hidráulicas destinadas a efetuar a descarga das águas excedentes dos reservatórios sem ocasionar danos à barragem e às outras estruturas hidráulicas adjacentes.



Essencialmente, os vertedores constituem-se de uma tomada d’ água associada a uma soleira, sendo que a água recolhida destina-se a uma estrutura de descarga, sendo que a jusante desta implanta-se um dissipador de energia.

Figura 27 – Barragem em planta

Figura 28 – Extravasor em funcionamento Os vertedores podem ser executados em concreto, gabiões, alvenaria, aço e madeira. Essas estruturas podem ser implantadas no próprio corpo da barragem (no caso de barragens de concreto) ou independentemente desta. Quanto às condições de operação, os vertedouros podem ser classificados em de serviço ou de emergência. O primeiro descarrega as vazões mais freqüentes e o segundo seria usado durante as grandes cheias. No lugar dos extravasores de emergência, podem ser utilizados os extravasores fusíveis: preparados para romper sem causar grandes danos. Os vertedores podem ser retangulares, de canal lateral, em forma de tulipa, ou em sifão. Há ainda as barragens vertedouras, em que a sangria se dá por cima da barragem.



Questão de concurso (CGU/2008 – ESAF - adaptado) O vertedor de serviço destina-se a descarregar apenas as grandes cheias, funcionando como sangradouro auxiliar e prevenindo o sangramento da barragem. 1 – Tipos de vertedouros Os vertedores retangulares (Figura 29) podem ser de parede delgada (e<2/3H – Figura 30a) ou de parede espessa (e>2/3H – Figura 30b).

Figura 29 – Vertedouro retangular

Figura 30 – Vertedouros retangulares Nos vertedouros de canal lateral, o muro vertedor é locado ao lado da barragem com o canal de descarga paralelo à crista do vertedouro. Assim, a entrada de água ocorre perpendicular ao escoamento.



Figura 31 – Vertedouro de canal lateral Nos vertedouros em tulipa, a descarga é transportada de dentro do reservatório para jusante da barragem através de um canal aberto (sangradouro em poço ou “morning glory”). O poço pode ser vertical ou inclinado.

Figura 32 – Vertedouro em tulipa O extravasor tipo sifão é um sistema de conduto forçado, na forma de U invertido



Figura 33 – Vertedouro em sifão Além disso, os vertedouros podem ser com controle (Figuras 34b, 35b e 35c) ou sem controle (figuras 34a e 35a), de acordo com a existência ou não de comportas.

Figura 34 – Vertedouros sem e com controle

Figura 35 – Vertedouros sem e com controle



O extravasor de crista livre deve ser projetado de forma que o escoamento se processe suavemente, com o mínimo de turbulência. Sua forma ideal deve ter a mesma forma da face inferior da veia líquida que escoa por sobre um vertedor de soleira delgada em sua carga máxima “h” (Figura 36a). Esse extravasor é chamado de soleira padrão (Figura 36b).

Figura 36 – Soleira padrão 2 – Dimensionamento dos vertedouros O dimensionamento dos vertedores é realizado a partir das vazões afluentes, portanto, de acordo com a “cheia de projeto”. Essa vazão extrema será calculada a partir de estudos hidrológicos (visto na Aula 1) para períodos de retorno pré-definidos. A equação básica para dimensionamento hidráulico dos vertedouros simples é:

23

HLCQ e ⋅⋅= , onde: Q – vazão em m³/s; C – coeficiente de descarga; Le – largura efetiva, em ”m”; H – altura de carga, em “m” Pessoal, é relevante entender o que influi na capacidade de um vertedouro descarregar vazões. Para isso, passaremos a discutir um pouco a equação apresentada. O coeficiente de descarga “C” varia de vertedor para vertedor, possuindo valores maiores para a soleira padrão. Ele é função da forma da soleira, da altura de fundo, da inclinação do paramento a montante, do nível e da velocidade d’água. Devido à dificuldade de se obter esse coeficiente, muitas vezes o engenheiro recorre à construção de modelos reduzidos, que representam em, escala menor, o escoamento de água naquele vertedor (Figura 37).



Figura 37 – Modelo reduzido A largura efetiva “Le” corresponde à largura útil total do vertedor subtraída da eventual contração do jato d’água em função da presença dos pilares. Ou seja, a presença e a forma dos pilares irão interferir no escoamento de forma a diminuir a capacidade de descarga do vertedouro. Esse efeito é representado pela largura efetiva Le. A altura de carga “H” corresponde à energia acima da crista da soleira, sendo freqüentemente considerada igual à lâmina d´ água (supondo-se uma velocidade de aproximação nula). Portanto, na capacidade de descarga de um vertedouro influem a largura da soleira (Le), a altura de carga medida a montante da soleira (H) e a forma da soleira (C). Pessoal, o CESPE já cobrou isso. Vamos ver como foi: (TCE-ES/2004) A vazão de água através de um vertedor retangular depende somente do comprimento da sua soleira e da velocidade de chegada da água na sua entrada. 3 – Medição de vazões utilizando vertedores É bastante comum a utilização de vertedouros também em canais. Nesse caso, destinam-se à medição de vazões. Isso é possível por meio da leitura da altura da lâmina d’ água a montante de sua soleira.



Figura 38 – Vertedouro para medição de vazão 4 - Dissipadores de energia A energia cinética (decorrente da velocidade) associada ao escoamento d’ água a jusante dos vertedores pode chegar a níveis muito elevados, ocasionando a destruição do material que está em contato com a água. Torna-se então necessário prever a construção de estruturas dissipadoras de energia, destinadas a compatibilizar a velocidade do escoamento com as características de resistência do meio físico a jusante. Se, na região a jusante do vertedouro, for identificada a presença de maciço rochoso fraturado, será suficiente verificar se o mesmo conseguirá dissipar a energia do escoamento. Caso essa região seja composta por solo deverá ser projetada uma proteção específica. Há várias soluções distintas para a dissipação de energia da água: - Bacias de dissipação: consiste na construção de uma bacia a jusante do vertedouro em que parte da energia é dissipada devido à mudança de regime do escoamento.

Figura 39 – Bacias de dissipação



Nesse caso, a função da bacia de dissipação é forçar a ocorrência de um fenômeno denominado “ressalto hidráulico” ao pé do vertedouro. O ressalto ocorre devido à mudança brusca no regime de escoamento, que passa de supercrítico (no vertedouro) a subcrítico (na bacia) e dissipa grande quantidade de energia. - Dissipadores do tipo salto de esqui: consiste na construção de uma pequena curva (que “lança” a água em direção ascendente) a jusante da estrutura de condução de água. A dissipação da energia ocorre devido à turbulência do jato, ao atrito e à incorporação de ar na massa líquida.

Figura 40 – Dissipador do tipo salto esqui - Dissipadores contínuos: efetuam a dissipação de forma distribuída ao longo da estrutura de condução. Podem ser citadas como exemplos: escadas e calhas dissipadoras.

Figura 41 – Exemplos de dissipadores contínuos Questão de concurso: (CGU/2008 – ESAF - adaptado) Nos vertedores com níveis muito elevados, torna-se necessário prever a construção de estruturas dissipadoras de energia,



destinadas a compatibilizar a velocidade do escoamento com as características de resistência do meio físico a jusante. IV - TOMADAS D’ ÁGUA As tomadas d’ água são estruturas destinadas a captar e conduzir água ao sistema adutor; permitir o esvaziamento do reservatório e a passagem de sedimentos; e impedir a entrada de corpos flutuantes e de água, quando necessário.

Figura 42 – Tomadas d´ água As tomadas d’ água compõem-se de grades de proteção contra corpos flutuantes, comportas para controle do escoamento e comportas de emergência (também chamados de stop-logs). O ideal é que a tomada d’ água tenha uma forma que reduza as perdas de carga ao mínimo possível, em todos os seus trechos. As tomadas d’ água devem ser localizadas, sempre que possível, junto à margem do reservatório, ao longo de trechos retos. Caso seja necessário instalá-las nos trechos em curva, deve-se preferir o lado côncavo, pois os sedimentos transportados pelo escoamento se depositam na parte convexa, devido às menores velocidades de escoamento. Além disso, na parte côncava as profundidades são maiores e a captação das águas superficiais é feita livre de sedimentos trazidos por arrasto. Portanto, evita-se a entrada de sedimentos na tomada d’ água, seja em rios, seja em reservatórios.



Figura 43 – Localização da tomada d´ água Os arranjos típicos para disposição das estruturas componentes da tomada d’água serão variados, em função dos aspectos topográficos e geológico-geotécnicos de cada local. Os principais elementos componentes das tomadas d’ água são (Figura 46): 1 - canal de aproximação/adução do escoamento; 2 - se no local do aproveitamento os estudos sedimentológicos realizados revelarem que o rio transporta sedimentos, deverá ser previsto no canal de adução, a montante da estrutura de tomada d’água, uma câmara destinada à decantação do material em suspensão e/ou um desarenador. O funcionamento dessas estruturas é bastante simples, ocorrendo devido às baixas velocidades de escoamento, que proporcionam a sedimentação de partículas sólidas. Na região baixa do desarenador, deve-se prever comporta de fundo, a fim de se possibilitar sua limpeza. 3 - a estrutura de tomada d’água propriamente dita, incluindo a grade para proteção contra corpos flutuantes e as comportas para controle do escoamento. 4 - a adução até as turbinas geralmente é feita por meio de condutos forçados. Entretanto, nos arranjos nos quais a casa de força situa-se afastada da tomada d’água (Figura 44), a jusante da estrutura, posiciona-se geralmente o canal de adução em superfície livre, ou tubulação de adução de baixa pressão, até a estrutura da câmara de carga. A jusante da câmara de carga situam-se os condutos forçados, por onde o escoamento é conduzido às turbinas. A câmara de carga é a estrutura responsável por fazer a transição da água do canal para a tubulação de alta pressão. A câmara de carga também tem a função de absorver as manobras bruscas que porventura possam ocorrer na operação (por exemplo, fechamento brusco da válvula de entrada da usina).

Ana Claudi

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Outra estrutura que merece ser apresentada aqui é a chaminé de Equilíbrio. Trata-se de reservatório de eixo vertical, normalmente posicionado no final da tubulação de adução de baixa pressão e a montante do conduto forçado, com as finalidades de amortecer as variações de pressão (evitando o golpe de aríete) e armazenar água para fornecer ao conduto forçado o fluxo inicial provocado pela nova abertura da turbina, até que se estabeleça o regime contínuo. A câmara de carga e a chaminé de equilíbrio são estruturas pertinentes ao tema de energia hidrelétrica. Portanto, voltaremos a tratar desse assunto posteriormente. As figuras 44 e 45 apresentam esquematicamente um arranjo composto de câmara de carga.

Figura 44 – Esquema de tomada d´ água

Figura 45 – Esquema de tomada d´ água A Figura 46 apresenta um arranjo típico de tomada d’ água:



ranhura para colocação de pranchõesdurante a manutenção

CORTE I-I

tubulação forçada

S

4,00 a 5,00LC2,00 Efundo do canalde aproximação

10

H NA min.

8 a 10%

cota dasoleirada grade

NA máx.

borda livref>=0,30

NA

a

Figura 46 – Arranjo típico de tomada d´ água Pessoal, no concurso de 2007 do TCU caiu uma questão sobre tomada d´ água. Vamos resolvê-la: (TCU/2007) A captação de água de superfície deve situar-se em um trecho reto do curso da água ou, caso isso não seja possível, em local próximo à sua margem externa. Questões de provas Pessoal, seguem as questões de concursos comentadas. Para quem preferir, essas questões estarão listadas (sem gabarito) no final da aula.



(TCU/2005) Na transposição de um aterro de estrada, um bueiro pode ser corretamente empregado como conduto forçado. GABA: C Os bueiros podem corretamente ter seu funcionamento hidráulico como canal, como orifício ou como conduto forçado. Vale reforçar que no dimensionamento de novas estruturas o ideal é sua operação como canal. (TCE-PI/2005-FCC-adaptado) As pressões transmitidas ao terreno pelas barragens de terra são pequenas devido às suas dimensões. GABA: C No caso de terrenos com baixa capacidade de suporte, recomenda-se a adoção das barragens de terra ou enrocamento. Isso porque elas apresentam uma grande base, distribuindo seu peso próprio. (TCE-PI/2005-FCC-adaptado) Sobre a proteção dos taludes de jusante de uma barragem de terra o plantio de árvores e arbustos, ao longo do talude, deve ser previsto e planejado para facilitar o crescimento da grama. GABA:E Errado. Segundo Paulo Cruz (1996), árvores e arbustos devem ser evitados já que suas raízes crescerão contra a barragem, visando a atingir os drenos internos. Por isso, preferem-se espécies vegetais cujas raízes tenham crescimento horizontal.

(TCE-ES/2004) O material indicado pela letra B visa reduzir a vazão de água capaz de atravessar o corpo da barragem. GABA: C Vimos que para a estabilidade de uma barragem de terra, deve ser evitada a percolação de água que percorra todo maciço. Portanto, a camada “B” é construída de material menos permeável, de forma a diminuir a passagem de água atravessando a barragem. (TCE-ES/2004) O material da camada indicada pela letra C deve ter coeficiente de permeabilidade menor que o do material da camada indicada pela letra B. GABA: E



No item anterior foi explicado que o material da camada “B” deve ser o mais impermeável possível. A letra “C” representa uma estrutura de transição (um filtro) que visa a evitar o carreamento de solos finos da camada B para jusante dreno interno da barragem. É de permeabilidade intermediária entre a camada C e B. (MPOG/2008) A trincheira de vedação ou cutoff consiste em escavação feita no solo de fundação preenchida com solo compactado. GABA: C Correta a definição. Para ser mais efetiva, essa escavação deve alcançar o substrato impermeável. (CGU/2008 - ESAF) As barragens são obras hidráulicas destinadas a efetuar o represamento de um curso d’água. A escolha e definição do tipo de barragem dependerão de vários aspectos condicionantes, classificando-se em dois tipos principais: de concreto e de aterro. Entre as barragens de concreto podem ser distinguidos quatro tipos básicos. A opção que não representa um tipo de barragem de concreto é: a) barragem de enrocamento. b) barragem em arco. c) barragem de contrafortes. d) barragem de gravidade. e) barragem de gravidade aliviada. GABA: A Pessoal, as barragens podem ser de terra, enrocamento ou concreto. As barragens de concreto podem ser de gravidade, gravidade aliviada, em arco ou contrafortes. A única alternativa que está incorreta é a letra A, pois o enrocamento são pedras de diâmetros maiores, lançadas ou arrumadas para a construção dos taludes. (CGU/2008 – ESAF - adaptado) O vertedor de serviço destina-se a descarregar apenas as grandes cheias, funcionando como sangradouro auxiliar e prevenindo o sangramento da barragem. GABA: E Algumas barragens prevêem dois tipos de vertedores: os de emergência e os de serviço. Este seria para as vazões mais recorrentes. Aquele escoaria as vazões extremas em situações de grandes cheias. O erro da questão foi inverter os dois tipos. (TCE-ES/2004) A vazão de água através de um vertedor retangular depende somente do comprimento da sua soleira e da velocidade de chegada da água na sua entrada. GABA: E Como vimos, há vários fatores que influem na capacidade de um vertedouro. Além dos citados, há a carga hidráulica a montante, a forma da soleira, a existência ou não de pilares etc.



(CGU/2008 – ESAF - adaptado) Nos vertedores com níveis muito elevados, torna-se necessário prever a construção de estruturas dissipadoras de energia, destinadas a compatibilizar a velocidade do escoamento com as características de resistência do meio físico a jusante. GABA: C É exatamente esta a função das estruturas dissipadoras de energia, como por exemplo, as bacias de dissipação. (TCU/2007) A captação de água de superfície deve situar-se em um trecho reto do curso da água ou, caso isso não seja possível, em local próximo à sua margem externa. GABA: C O ideal é que as captações localizem-se em trechos retos. Quando isso não for possível, prefere-se a localização nos trechos côncavos (ou externos), que acumulam menos sedimentos. (TCU/2005) A construção de bueiros curtos, que terminam acima dos pés dos aterros, é recomendada para se evitarem erosões e voçorocas, que, por retroerosão, podem destruir a estrada. GABA: E Pessoal, caso o bueiro seja construído de forma a terminar logo acima do pé do talude, a água será descarregada no corpo deste último. Portanto, essa forma contribui para o aumento de risco de erosões e voçorocas (erosões profundas no terreno). (PF/2004) No dimensionamento de drenos e bueiros em áreas florestais, deve-se calcular a vazão de pico da área de contribuição à montante, levando-se em conta um período de retorno de no mínimo 200 anos. GABA: E Essa questão trata menos de bueiros e drenos e mais sobre o conceito de período de retorno (TR). O CESPE costuma cobrar o conhecimento do candidato sobre a ordem de grandeza dos TR a serem adotados. Em questões como essa, devem-se avaliar as implicações de uma eventual superação da capacidade das estruturas. No caso em tela, as áreas são florestais, portanto, não parece que seja necessário o dimensionamento das estruturas para serem capazes de conduzir vazões de TR superiores a 200 anos. Concordam que as implicações de uma eventual enchente numa área florestal seriam relativamente pequenas? (TCE-PI/2005) Uma barragem deve ser projetada para evitar a percolação excessiva de água. Os materiais de construção mais comuns são concreto e terra. Sobre esse tema, julgue os itens: (TCE-PI/2005-FCC-adaptado) É recomendável que a face de jusante seja revestida com material impermeável. GABA: E



Não há essa recomendação. É recomendado apenas que haja uma estrutura que evite a percolação de água através do maciço. Parece que a questão quis se referir à barragem de enrocamento com face de concreto. Mas nesse caso, ocorre a impermeabilização do talude de montante. (TCE-PI/2005-FCC-adaptado) As deformações do solo adjacente afetam mais as barragens de concreto. GABA: C Como explicado durante a aula, as barragens de terra e enrocamento são mais flexíveis. Assim, apresentam melhor resistência às deformações do solo (recalques, por exemplo). (TCE-PI/2005-FCC-adaptado) Barragens de concreto são mais indicadas para locais que podem apoiar-se em solos resistentes e impermeáveis. GABA: C Como dito, as barragens de concreto necessitam de uma fundação com alta capacidade de suporte das tensões. (TCE-PI/2005-FCC-adaptado) Um dos tipos de proteção do talude de montante de barragens de terra e enrocamento, largamente utilizado por motivos econômicos, é chamado de rip rap, que consiste de blocos de rocha bem granulada, lançados por caminhões basculantes e espalhados por tratores de lâminas e arrumados mecânica ou manualmente. GABA: C A principal proteção do talude de montante são os rip raps, que podem ser caracterizados como fragmentos de rocha de várias dimensões, que são lançadas ou arrumadas no maciço. (TCE-PI/2005-FCC-adaptado) Sobre a proteção dos taludes de jusante de uma barragem de terra a principal causa da erosão é a ação das chuvas e do vento. GABA: C A ação da chuva e do vento pode causar erosão na face de jusante da barragem. Além deles, a literatura cita o pisoteio de animais. (TCE-PI/2005-FCC-adaptado) Sobre a proteção dos taludes de jusante de uma barragem de terra a grama é um dos principais métodos de proteção. GABA: C Correto. Como visto, adota-se grama e outras espécies vegetais para a proteção do talude de jusante contra a ação da chuva.



Considere a seção transversal da barragem zonada apresentada na figura acima. Com relação às condições dessa barragem, julgue os itens subseqüentes. (TCE-ES/2004) O talude indicado pela letra A é denominado talude jusante da barragem. GABA: E Como já vimos, jusante é o que vem abaixo (no sentido do escoamento). Portanto, o paramento “A” é o talude de montante da barragem. (TCE-ES/2004) O elemento indicado pela letra D é denominado plinto da barragem. GABA: E A estrutura representada por D é um tipo de tratamento dado à fundação a fim de diminuir a percolação por baixo da barragem. Pode ser uma injeção ou diafragma. O plinto da barragem pode ser definido como um bloco contínuo de concreto localizado no pé de montante da barragem, utilizado em barragens de enrocamento com face de concreto a fim de vedá-la de uma ombreira a outra. (TCE-PE/2004) Nas barragens de enrocamento com faces de concreto típicas, os taludes de montante e de jusante da barragem são revestidos com placas de concreto de forma a reduzir a vazão de água que atravessa o corpo da barragem e aumentar a sua estabilidade. GABA: E Está quase toda certa a questão. O erro foi afirmar que o talude de jusante também seria revestido com concreto, sendo que isso ocorre apenas no de montante.



(PF/2004)A figura acima apresenta a seção transversal de uma barragem de enrocamento com núcleo de argila proposta para a formação de um reservatório. Com relação às condições apresentadas nessa figura e considerando que as regiões identificadas pelas letras A e B são constituídas de enrocamento, julgue os seguintes itens. (PF/2004) Na seção transversal apresentada, não foi previsto cut-off. GABA: C Pessoal, atenção para essa. Ela teve o gabarito preliminar ERRADO, pois a estrutura apresentada seria (a princípio) um cut off parcial, como sendo o prolongamento do núcleo de argila. Mas o CESPE mudou o gabarito e apresentou a justificativa de que o cut off é elemento que dificulta ou interrompe o fluxo de água através do solo. Nesse caso, segundo a banca, a figura não representaria o cut off, já que não alcançaria a camada de baixa permeabilidade do solo. Polêmico, mas é bom saber. (PF/2004) O componente indicado pela letra C representa um filtro e sua localização evita qualquer possibilidade de piping do material do núcleo argiloso. GABA: E A colocação do dreno representado por “C”, visa recolher a água que percola pela barragem. Diminuindo a vazão de água traspassando a barragem, diminui-se o risco de piping. Mas falta ainda um filtro vertical, que visaria a reter o deslocamento de solos finos provenientes do núcleo. (PF/2004) O componente E representa uma cortina de injeção e está convenientemente posicionado de forma a reduzir substancialmente a vazão de água através do solo de fundação. GABA: E A localização correta da injeção é sob o maciço impermeável de forma a reduzir a vazão que passa pela barragem. (CODEBA/2006) As barragens de enrocamento, comuns na construção de açudes, são do tipo arco.



GABA: E Barragens do tipo arco são feitas com concreto. (MPOG/2008)As barragens de terra ou de concreto são construções artificiais e os materiais que as constituem podem ser especificados e, portanto, conhecidos e controlados pelo projetista. O mesmo não ocorre com o terreno de fundação, o qual normalmente deve ser submetido a um tratamento para melhorar suas características de percolação. A respeito das diversas alternativas adotadas nesse tratamento, julgue os seguintes itens. Os diafragmas plásticos são uma solução moderna que consiste na escavação de uma vala estreita ou ranhura no solo da fundação preenchida com placas de plástico delgadas. GABA:E Os diafragmas plásticos não são preenchidos com placas de plástico. É uma estrutura de vedação da percolação, realizada em solo impermeável, cimento etc. As cortinas de estacas-prancha consistem na cravação de estacas-pranchas metálicas, de chapas bastante delgadas, até atingir o substrato impermeável. GABA: C Está correta a definição apresentada. Vale destacar que, segundo a literatura especializada, a cravação de estacas prancha é muito pouco utilizada, devido às descontinuidades da rocha, que inviabilizam sua utilização. Poço de alívio é um poço aberto no corpo da barragem e preenchido com material granular, mais permeável que o solo de fundação. GABA: E O poço de alívio é aberto no pé de jusante da barragem. Ele é preenchido com material mais permeável que o restante da fundação. A construção de um rip-rap (camada de enrocamento) evita que a incidência de chuva na face do talude de jusante provoque sulcos de erosão. GABA: E Os rip raps são proteções utilizadas nos taludes de montante, para a proteção contra o impacto das ondas do reservatório. O efeito erosivo das ondas formadas na superfície da água do reservatório sobre o talude de montante pode ser combatido com o lançamento de uma camada de pedrisco ou com o plantio de grama em placas ou por meio de hidrossemeadura na superfície do referido talude. GABA: E



A proteção do talude de montante é feita com rip-rap (lançado ou arrumado), placas de concreto, pedras rejuntadas, asfalto e brita corrida. Pedrisco ou plantio de grama são largamente utilizados no talude de jusante. (CGU/2008 – ESAF - adaptada) As barragens de terra geralmente apresentam custos reduzidos quando comparados às barragens de concreto. São executadas com solos de granulometria fina a grossa, permeabilidade baixa, cujo comportamento é condicionado principalmente pelas poropressões. Quanto a este tipo de barragem, julgue os itens: Os esforços transmitidos às fundações são elevados. GABA: E Vimos que.as barragens de terra não transmitem grandes esforços às fundações devido à distribuição de seu peso pela área da base. As homogêneas são feitas com solos pouco permeáveis e possuem taludes mais íngremes. GABA: E O único erro é afirmar que as barragens de terra homogêneas teriam taludes mais íngremes No estudo das seções típicas vimos que os enrocamentos permitem inclinações de taludes mais íngremes. Portanto, a barragem zoneada com espaldares de enrocamento pode apresentar taludes mais íngremes. As zoneadas possuem uma zona central impermeável e duas zonas externas, os espaldares, mais permeáveis e mais resistentes aos deslizamentos. GABA: C Correta a definição das barragens zoneadas. O galgamento, causa freqüente de problemas, exige que as obras sejam projetadas com uma base mais alargada a fim de evitar esta vulnerabilidade. GABA: E Como visto, o galgamento (extravasamento da água por cima das ombreiras) é causa frequente de problemas. Entretanto, não pode ser resolvido com base mais alargada. O galgamento ocorre quando o vertedouro não é capaz de descarregar as vazões de cheias. Portanto, protege-se a barragem contra o galgamento com a construção de vertedores de maior capacidade. Ou ainda, com um aumento do topo da barragem. (PMV/2008) Quanto aos tipos de barragens e suas características, julgue os itens subseqüentes. (PMV/2008) As barragens de terra homogênea toleram fundações mais deformáveis. GABA: C Já comentamos que as barragens de concreto são mais rígidas e as de terra são mais flexíveis. Assim, essas últimas acomodam-se mais aos eventuais



deslocamentos da fundação. Esse é um os motivos para dizermos que as barragens de terra/enrocamento são menos exigentes quanto à fundação.

(COHAB/2004) A respeito da figura acima, que mostra o desenho da seção transversal de uma barragem, julgue os seguintes itens. (COHAB/2004) O trecho indicado pelas letras ABCD é denominado ensecadeira. GABA: E O trecho indicado pelas letras ABCD é denominado trincheira (ou cut off) parcial. Essa parte da estrutura tem a função de diminuir a percolação pela fundação. A ensecadeira é uma estrutura utilizada durante a construção da barragem. Antes de ser iniciada a construção da barragem, o rio precisa ser desviado de seu curso natural. O desvio pode ser feito em duas fases, como na Figura A, ou, se as condições topográficas e geológicas assim o permitirem, através de um ou mais túneis escavados em rocha ou canais de desvio, como na Figura B.

(COHAB/2004) O número 1 indica o componente destinado a diminuir a infiltração de água do reservatório pelo corpo da barragem. GABA: E O número 1 indica componente destinado a conduzir com segurança a água que percola o maciço. Mas não diminui a infiltração de água na barragem. (COHAB/2004) O talude jusante da barragem está indicado no desenho pelo número 2. GABA: E A distinção entre os termos montante e jusante sempre é cobrado pelo CESPE. Lembrem-se sempre de que, considerando o sentido do escoamento, montante



é o que fica antes, acima , enquanto jusante é o que após ou abaixo (no sentido do escoamento). (COHAB/2004) O componente destinado a drenar a água que percola pelo corpo da barragem está especificado no desenho pelo número 3. GABA: E O componente destinado a drenar a água é o de número 2. O componente de número 3 visa a diminuir a percolação de água. (COHAB/2004) A seção transversal apresentada na figura é típica de uma barragem zonada. GABA: C É característica da barragem zonada ter um núcleo impermeável e espaldares formados por material mais permeável. (SGA-AC/2006) O projeto de uma barragem de terra deve pautar-se em dois princípios básicos: segurança e economia. A respeito de possíveis medidas de segurança, julgue os itens a seguir. (SGA-AC/2006) Para evitar que as ondas provocadas no reservatório pela ação do vento gerem sulcos de erosão no corpo da barragem, pode-se construir um rip-rap, isto é, camadas de enrocamento e transição, estendendo-se na fase do talude de jusante da barragem. GABA: E Pessoal, o talude que sofre a ação das ondas do reservatório e normalmente é revestido de rip rap é o de montante, e não o de jusante. (PF/2002) Na figura abaixo, é apresentada a seção transversal da construção de uma barragem de enrocamento com núcleo de argila. A camada sob o solo arenoso subjacente à barragem é uma rocha de boa qualidade, podendo ser considerada impermeável do ponto de vista prático.

Com base no texto I, julgue os itens que se seguem. (PF/2002) Caso o material do dreno seja também um filtro para os solos vizinhos, pode-se afirmar, a partir da seção transversal mostrada, que o sistema de drenagem e filtro da barragem é adequados para as suas necessidades. GABA: E



Questão repetida. Observa-se que falta ainda um filtro logo a jusante do núcleo de argila, visando reter o deslocamento de solos finos. (PF/2002) Para o correto funcionamento da barragem, o material localizado na região indicada por A deve ser um material de baixíssima permeabilidade. GABA: E A região A é composta por enrocamento (alta permeabilidade) (PF/2002) A região da barragem indicada por B deve ter elevada permeabilidade de forma a captar a água que percola no seu interior e conduzi-la de forma segura às extremidades do corpo da barragem. GABA: E A região B deve ter baixa permeabilidade para diminuir as vazões de percolação. Geralmente é feita em argila. (PF/2002) O componente C é utilizado para transmitir o peso da massa de solo da região B com segurança para a camada de rocha em profundidade. GABA: E O componente C visa a diminuir as vazões percoladas no interior do solo de fundação. (PF/2002) Na barragem da figura do texto I, D corresponde ao seu talude jusante. GABA: C O componente D representa o talude de jusante. O componente A representa o de montante. (MPU/2004 – ESAF – adaptada) As barragens de terra são uma importante opção para o represamento de água, principalmente entre as de menor porte. Com relação às barragens de terra, julgue os itens: (MPU/2004 – ESAF – adaptada) As barragens de terra podem ser homogêneas, realizadas com um só tipo de material, ou zoneadas, as quais possuem núcleo e espaldares formados por materiais diferentes. GABA: C Vimos que as barragens de terra podem ser homogêneas ou zoneadas (e ainda há as mistas). (MPU/2004 – ESAF – adaptada) Tendo bases largas e taludes de baixa inclinação, as barragens de terra transmitem tensões elevadas em suas fundações, devendo ser construídas sobre rochas com boa capacidade de suporte. GABA: E Uma das vantagens da barragem de terra sobre a de concreto é o fato de as primeiras transmitirem ao solo tensões menores.



(MPU/2004 – ESAF – adaptada) O galgamento, que é a passagem de água sobre a barragem, causa graves problemas a barragens de terra, sendo que devem ser previstas estruturas de desvio e descarregadores de cheias como medidas de segurança. GABA: C Correto. As barragens de terra não podem sofrer galgamento. Para isso, devem ser dimensionados corretamente os vertedores (descarregadores de cheias).

(CHESF/2002)Considerando a seção transversal de uma barragem construída sobre solo predominantemente siltoso e o esquema da figura acima, julgue os itens que se seguem. (CHESF/2002) Para as condições apresentadas na figura, a segurança da barragem contra problemas advindos do fluxo d’água pelo solo de fundação estará sempre garantida caso o seu núcleo argiloso penetre na camada de fundação até a metade da sua espessura. GABA: E O ideal é que a trincheira (prolongamento do núcleo ao longo do solo de fundação) atinja o substrato impermeável. (CHESF/2002) A diferença de valores de rigidez dos materiais utilizados na barragem pode provocar o trincamento do núcleo argiloso. GABA: C A diferença de rigidez ocasiona trincamento de partes da estrutura devido aos diferentes níveis de acomodação de cada material. Por isso, são previstas camadas de transição entre materiais diferentes (por exemplo, entre argila e enrocamento).

(TJDFT/2008) Uma das formas de ruptura hidráulica é a erosão interna, com progressão contrária ao fluxo de água, denominada retroerosão tubular ou piping. GABA: C



Está correta a definição de piping apresentada. (TJDFT/2008) Em barragens construídas sobre terrenos de fundação permeáveis, é possível a ocorrência de ruptura hidráulica por levantamento. GABA: C Ocorre o levantamento quando a força de percolação vertical ascendente, iguala-se ao peso da estrutura, ocasionando sua ascensão vertical. (FSCP/2004) A crista, ou soleira, é a denominação dada à borda inferior de um vertedor. GABA: C Pessoal, a soleira de um vertedouro é exatamente a sua borda inferior, por onde escoa o fio d´ água vertente. (TCU/2007)Os principais órgãos constituintes de uma barragem são o maciço, o extravasor, a usina hidrelétrica, a tomada d’água, a transposição de nível (eclusa e escada de peixes), o dissipador de energia, entre outros. Em relação a esses componentes, julgue os itens subseqüentes. (TCU/2007) Os extravasores, também identificados por vertedores ou vertedouros, são dispositivos de segurança responsáveis pela garantia da integridade de uma barragem; devem ser projetados e dimensionados com base em estudos hidrológicos e os seus resultados podem ser confirmados por meio de estudos em modelo reduzido. GABA: C O dimensionamento dos vertedouros é possível a partir de estudos hidrológicos, que definam a vazão de projeto. Em muitos casos, são construídos modelos reduzidos para se avaliar se aquele vertedouro será capaz de suportar aquela vazão de projeto. É comum ainda a utilização de modelos reduzidos para se estimar coeficientes de descarga. (TCU/2007) Se o local onde se pretende construir uma barragem é caracterizado por solo e subsolo que apresentam baixa capacidade de suporte, é recomendável a construção de barragens de contraforte devido ao menor peso destas. GABA: E Uma fundação com baixa capacidade de suporte não pode receber os esforços decorrentes de barragens de contrafortes. Analisando o perfil dessas barragens, percebe-se que há a redução da área de contato, o que aumenta as solicitações a serem transmitidas pontualmente no terreno. (DESO-SE/2004) A vazão que escoa por um conduto, em que o fluido (água) está sob pressão, pode ser medida por meio de vertedores. GABA:E O vertedouro é utilizado para medir vazões em canais abertos.



(IEMA-ES/2004) A vazão máxima é um valor associado a um risco de ser igualado ou ultrapassado. Esse dado é importante no dimensionamento de obras hidráulicas como vertedouros e canais de adução. GABA:C Correto. A vazão máxima é um valor associado a um risco (TR). A partir das vazões máximas, projeta-se o vertedor, bem como os canais destinados a conduzir essa mesma vazão. (PF/2004) Vertedores são dispositivos utilizados para medir vazão em escoamento por um canal, sendo que a carga sobre a soleira medida a jusante do dispositivo permite determinar a vazão. GABA: E Mais uma vez o CESPE troca os termos jusante-montante. Fiquem atentos com isso. Os vertedores são utilizados para medir vazões, mas a carga é medida a montante da soleira. Proposta de questão dissertativa Vamos agora à nossa questão dissertativa. Sugiro que, se vocês já leram a aula inteira (incluindo os exercícios), tentem fazer a questão abaixo como num teste, sem procurar a solução no texto. Tentem marcar o tempo, bem como o número de linhas utilizadas. Depois vocês checam a resposta procurando no texto. Podemos ainda utilizar o fórum para discutí-la. Papel e caneta na mão? O Governo Federal lançou o programa “Água para todos”, por meio do qual os municípios são incentivados a construir barragens como forma de atender as demandas hídricas de irrigação nas regiões rurais. Os recursos serão transferidos via convênio com o Ministério da Integração Nacional e serão auditados pelo TCU. Você, auditor de obras do TCU, ficou responsável pela fiscalização da barragem a ser construída pelo município X. Analisando o processo, encontrou as seguintes informações: - as vazões registradas no rio em que se localizará a barragem variam de forma abrupta durante o ano, apresentando períodos de escassez extrema no inverno e cheias intensas no verão; - Essa sazonalidade impacta na produção agrícola local, já que falta água em determinados períodos e sobra em outros; - foi escolhida a barragem de concreto para a construção, sendo os custos mais relevantes do orçamento: o preço de transporte do cimento e os gastos com tratamento das fundações. Isso porque:



• terreno apresenta baixa capacidade de suporte, exigindo tratamentos dispendiosos para sua preparação para receber grandes cargas;

• a fábrica de cimento mais próxima localiza-se a 250km do local da barragem.; por outro lado, há jazidas de argila e rocha a 10 km do local da barragem.

Sobre a situação apresenta, redija um texto apresentando um relatório técnico sobre a situação apresentada, abordando necessariamente os seguintes temas: - Qual a função da barragem no caso específico? - Na situação apresentada, a escolha do concreto como material de construção foi acertada? Se não, qual o material seria mais apropriado? - No caso em questão, poderia o auditor extrapolar os estreitos limites da legalidade da licitação/contrato? Argumente com base em fundamento legal. (15 linhas) Pessoal, Até a próxima aula! Bons estudos e um grande abraço!



Referências Bibliográficas: Alfredini, Paolo. Notas de Aula: Orifícios, Bocais e Vertedores. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo - Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária. São Paulo, 2000. Alves, César L.; Evangelista, Janaína A.; Melo, Leonardo R. Critérios de projeto para barragem de rejeito. Notas de aula do programa de pós-graduação em saneamento, meio ambiente e recursos hídricos. Belo Horizonte: Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) - Departamento de engenharia hidráulica e de recursos hídricos (EHR)., 2008. Baptista, Márcio e Lara, Márcia. Fundamentos de Engenharia Hidráulica. UFMG: 2002. Baptista, Márcio. Notas de Aula: Elementos de Hidráulica – Conceitos Básicos, 2009. CEPEL - Manual de Aplicação de Sistemas Descentralizados de Geração de Energia Elétrica para projetos de Eletrificação Rural – Pequenas Centrais Hidroelétricas – PCH’s – versão 1. Brasília, 2000. Cruz, Paulo T. 100 Barragens brasileiras. São Paulo, 1996. Eletrobrás. Diretrizes para projetos de Pequenas Centrais Hidrelétricas. Disponível em: <http://www.eletrobras.com/ELB/data/Pages/LUMISF99678B3PTBRNN.htm> Eletrobrás. Manual de minicentrais hidrelétricas. Disponível em: <http://www.eletrobras.com/ELB/data/Pages/LUMISF99678B3PTBRNN.htm> Ministério da Integração Nacional. Manual de Segurança e Inspeção de Barragens – Brasília, 2002. 148p. Ministério da Integração Nacional. Avaliação de pequenas barragens. Brasília: Bureau of reclamation, 2002. Naghettini, Mauro. Engenharia de Recursos Hídricos: Notas de Aula. UFMG, 1999.VILLELA, 1975 Neto, Antônio Cardoso. Bueiros disponível em: <www.ana.gov.br> Prof. Carísia. Notas de aula da disciplina Barragens de terra e enrocamento. Disponível em: <http://www.carisia.com.br/>



Uehara, Kokei; Barretti, Luiz R.; Angeli, Luiz W.. Extravasores. São Paulo: Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária, 2002. Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) - Departamento de engenharia hidráulica e de recursos hídricos (EHR). Sistema Extravasor. Notas de aula do programa de pós-graduação em saneamento, meio ambiente e recursos hídricos. Belo Horizonte, 2008. Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) - Departamento de engenharia hidráulica e de recursos hídricos (EHR). Estruturas Hidráulicas. Notas de aula do programa de pós-graduação em saneamento, meio ambiente e recursos hídricos. Belo Horizonte, 2008. Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) - Departamento de engenharia hidráulica e de recursos hídricos (EHR). Tomada d´ água. Notas de aula do programa de pós-graduação em saneamento, meio ambiente e recursos hídricos. Belo Horizonte, 2008. Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) - Departamento de engenharia hidráulica e de recursos hídricos (EHR). Estruturas de Dissipação. Notas de aula do programa de pós-graduação em saneamento, meio ambiente e recursos hídricos. Belo Horizonte, 2008. Imagens: http://jie.itaipu.gov.br/jie/files/image/24.06.2008/mergulhodesenhotomadadagua.jpg (acesso em abril de 2009) http://www.pbase.com/adjacircidrao/obras de engenharia (acesso em abril de 2009)



Lista das questões resolvidas (TCU/2005) Na transposição de um aterro de estrada, um bueiro pode ser corretamente empregado como conduto forçado. (TCE-PI/2005-FCC-adaptado) As pressões transmitidas ao terreno pelas barragens de terra são pequenas devido às suas dimensões. (TCE-PI/2005-FCC-adaptado) Sobre a proteção dos taludes de jusante de uma barragem de terra o plantio de árvores e arbustos, ao longo do talude, deve ser previsto e planejado para facilitar o crescimento da grama.

(TCE-ES/2004) O material indicado pela letra B visa reduzir a vazão de água capaz de atravessar o corpo da barragem. (TCE-ES/2004) O material da camada indicada pela letra C deve ter coeficiente de permeabilidade menor que o do material da camada indicada pela letra B. (MPOG/2008) A trincheira de vedação ou cutoff consiste em escavação feita no solo de fundação preenchida com solo compactado. (CGU/2008 - ESAF)As barragens são obras hidráulicas destinadas a efetuar o represamento de um curso d’água. A escolha e definição do tipo de barragem dependerão de vários aspectos condicionantes, classifi cando-se em dois tipos principais: de concreto e de aterro. Entre as barragens de concreto podem ser distinguidos quatro tipos básicos. A opção que não representa um tipo de barragem de concreto é: a) barragem de enrocamento. b) barragem em arco. c) barragem de contrafortes. d) barragem de gravidade. e) barragem de gravidade aliviada.



(CGU/2008 – ESAF - adaptado) O vertedor de serviço destina-se a descarregar apenas as grandes cheias, funcionando como sangradouro auxiliar e prevenindo o sangramento da barragem. (TCE-ES/2004) A vazão de água através de um vertedor retangular depende somente do comprimento da sua soleira e da velocidade de chegada da água na sua entrada. (CGU/2008 – ESAF - adaptado) Nos vertedores com níveis muito elevados, torna-se necessário prever a construção de estruturas dissipadoras de energia, destinadas a compatibilizar a velocidade do escoamento com as características de resistência do meio físico a jusante. (TCU/2007)A captação de água de superfície deve situar-se em um trecho reto do curso da água ou, caso isso não seja possível, em local próximo à sua margem externa. (TCU/2005) A construção de bueiros curtos, que terminam acima dos pés dos aterros, é recomendada para se evitarem erosões e voçorocas, que, por retroerosão, podem destruir a estrada. (PF/2004) No dimensionamento de drenos e bueiros em áreas florestais, deve-se calcular a vazão de pico da área de contribuição à montante, levando-se em conta um período de retorno de no mínimo 200 anos. (TCE-PI/2005)Uma barragem deve ser projetada para evitar a percolação excessiva de água. Os materiais de construção mais comuns são concreto e terra. Sobre esse tema, julgue os itens: (TCE-PI/2005-FCC-adaptado) É recomendável que a face de jusante seja revestida com material impermeável. (TCE-PI/2005-FCC-adaptado) As deformações do solo adjacente afetam mais as barragens de concreto. (TCE-PI/2005-FCC-adaptado) Barragens de concreto são mais indicadas para locais que podem apoiar-se em solos resistentes e impermeáveis. (TCE-PI/2005-FCC-adaptado) Um dos tipos de proteção do talude de montante de barragens de terra e enrocamento, largamente utilizado por motivos econômicos, é chamado de rip rap, que consiste de blocos de rocha bem granulada, lançados por caminhões basculantes e espalhados por tratores de lâminas e arrumados mecânica ou manualmente.



(TCE-PI/2005-FCC-adaptado) Sobre a proteção dos taludes de jusante de uma barragem de terra a principal causa da erosão é a ação das chuvas e do vento. (TCE-PI/2005-FCC-adaptado) Sobre a proteção dos taludes de jusante de uma barragem de terra a grama é um dos principais métodos de proteção.

Considere a seção transversal da barragem zonada apresentada na figura acima. Com relação às condições dessa barragem, julgue os itens subseqüentes. (TCE-ES/2004) O talude indicado pela letra A é denominado talude jusante da barragem. (TCE-ES/2004) O elemento indicado pela letra D é denominado plinto da barragem. (TCE-PE/2004) Nas barragens de enrocamento com faces de concreto típicas, os taludes de montante e de jusante da barragem são revestidos com placas de concreto de forma a reduzir a vazão de água que atravessa o corpo da barragem e aumentar a sua estabilidade.

(PF/2004)A figura acima apresenta a seção transversal de uma barragem de enrocamento com núcleo de argila proposta para a formação de um reservatório. Com relação às condições apresentadas nessa figura e



considerando que as regiões identificadas pelas letras A e B são constituídas de enrocamento, julgue os seguintes itens. (PF/2004) Na seção transversal apresentada, não foi previsto cut-off. (PF/2004) O componente indicado pela letra C representa um filtro e sua localização evita qualquer possibilidade de piping do material do núcleo argiloso. (PF/2004) O componente E representa uma cortina de injeção e está convenientemente posicionado de forma a reduzir substancialmente a vazão de água através do solo de fundação. (CODEBA/2006) As barragens de enrocamento, comuns na construção de açudes, são do tipo arco. (MPOG/2008)As barragens de terra ou de concreto são construções artificiais e os materiais que as constituem podem ser especificados e, portanto, conhecidos e controlados pelo projetista. O mesmo não ocorre com o terreno de fundação, o qual normalmente deve ser submetido a um tratamento para melhorar suas características de percolação. A respeito das diversas alternativas adotadas nesse tratamento, julgue os seguintes itens. Os diafragmas plásticos são uma solução moderna que consiste na escavação de uma vala estreita ou ranhura no solo da fundação preenchida com placas de plástico delgadas. As cortinas de estacas-prancha consistem na cravação de estacas-pranchas metálicas, de chapas bastante delgadas, até atingir o substrato impermeável. Poço de alívio é um poço aberto no corpo da barragem e preenchido com material granular, mais permeável que o solo de fundação. A construção de um rip-rap (camada de enrocamento) evita que a incidência de chuva na face do talude de jusante provoque sulcos de erosão. O efeito erosivo das ondas formadas na superfície da água do reservatório sobre o talude de montante pode ser combatido com o lançamento de uma camada de pedrisco ou com o plantio de grama em placas ou por meio de hidrossemeadura na superfície do referido talude. (CGU/2008 – ESAF - adaptada) As barragens de terra geralmente apresentam custos reduzidos quando comparados às barragens de concreto. São executadas com solos de granulometria fina a grossa,



permeabilidade baixa, cujo comportamento é condicionado principalmente pelas poropressões. Quanto a este tipo de barragem, julgue os itens: Os esforços transmitidos às fundações são elevados. As homogêneas são feitas com solos pouco permeáveis e possuem taludes mais íngremes. As zoneadas possuem uma zona central impermeável e duas zonas externas, os espaldares, mais permeáveis e mais resistentes aos deslizamentos. O galgamento, causa freqüente de problemas, exige que as obras sejam projetadas com uma base mais alargada a fim de evitar esta vulnerabilidade. (PMV/2008) Quanto aos tipos de barragens e suas características, julgue os itens subseqüentes. (PMV/2008) As barragens de terra homogênea toleram fundações mais deformáveis.

(COHAB/2004) A respeito da figura acima, que mostra o desenho da seção transversal de uma barragem, julgue os seguintes itens. (COHAB/2004) O trecho indicado pelas letras ABCD é denominado ensecadeira. (COHAB/2004) O número 1 indica o componente destinado a diminuir a infiltração de água do reservatório pelo corpo da barragem. (COHAB/2004) O talude jusante da barragem está indicado no desenho pelo número 2. (COHAB/2004) O componente destinado a drenar a água que percola pelo corpo da barragem está especificado no desenho pelo número 3. (COHAB/2004) A seção transversal apresentada na figura é típica de uma barragem zonada.



(SGA-AC/2006) O projeto de uma barragem de terra deve pautar-se em dois princípios básicos: segurança e economia. A respeito de possíveis medidas de segurança, julgue os itens a seguir. (SGA-AC/2006) Para evitar que as ondas provocadas no reservatório pela ação do vento gerem sulcos de erosão no corpo da barragem, pode-se construir um rip-rap, isto é, camadas de enrocamento e transição, estendendo-se na fase do talude de jusante da barragem. (PF/2002) Na figura abaixo, é apresentada a seção transversal da construção de uma barragem de enrocamento com núcleo de argila. A camada sob o solo arenoso subjacente à barragem é uma rocha de boa qualidade, podendo ser considerada impermeável do ponto de vista prático.

Com base no texto I, julgue os itens que se seguem. (PF/2002) Caso o material do dreno seja também um filtro para os solos vizinhos, pode-se afirmar, a partir da seção transversal mostrada, que o sistema de drenagem e filtro da barragem são adequados para as suas necessidades. (PF/2002) Para o correto funcionamento da barragem, o material localizado na região indicada por A deve ser um material de baixíssima permeabilidade. (PF/2002) A região da barragem indicada por B deve ter elevada permeabilidade de forma a captar a água que percola no seu interior e conduzi-la de forma segura às extremidades do corpo da barragem. (PF/2002) O componente C é utilizado para transmitir o peso da massa de solo da região B com segurança para a camada de rocha em profundidade. (PF/2002) Na barragem da figura do texto I, D corresponde ao seu talude jusante. (MPU/2004 – ESAF – adaptada) As barragens de terra são uma importante opção para o represamento de água, principalmente entre as de menor porte. Com relação às barragens de terra, julgue os itens:



(MPU/2004 – ESAF – adaptada) As barragens de terra podem ser homogêneas, realizadas com um só tipo de material, ou zoneadas, as quais possuem núcleo e espaldares formados por materiais diferentes. (MPU/2004 – ESAF – adaptada) Tendo bases largas e taludes de baixa inclinação, as barragens de terra transmitem tensões elevadas em suas fundações, devendo ser construídas sobre rochas com boa capacidade de suporte. (MPU/2004 – ESAF – adaptada) O galgamento, que é a passagem de água sobre a barragem, causa graves problemas a barragens de terra, sendo que devem ser previstas estruturas de desvio e descarregadores de cheias como medidas de segurança.

(CHESF/2002)Considerando a seção transversal de uma barragem construída sobre solo predominantemente siltoso e o esquema da figura acima, julgue os itens que se seguem. (CHESF/2002) Para as condições apresentadas na figura, a segurança da barragem contra problemas advindos do fluxo d’água pelo solo de fundação estará sempre garantida caso o seu núcleo argiloso penetre na camada de fundação até a metade da sua espessura. (CHESF/2002) A diferença de valores de rigidez dos materiais utilizados na barragem pode provocar o trincamento do núcleo argiloso.

(TJDFT/2008) Uma das formas de ruptura hidráulica é a erosão interna, com progressão contrária ao fluxo de água, denominada retroerosão tubular ou piping. (TJDFT/2008)58 Em barragens construídas sobre terrenos de fundação permeáveis, é possível a ocorrência de ruptura hidráulica por levantamento.



(FSCP/2004) A crista, ou soleira, é a denominação dada à borda inferior de um vertedor. (TCU/2007)Os principais órgãos constituintes de uma barragem são o maciço, o extravasor, a usina hidrelétrica, a tomada d’água, a transposição de nível (eclusa e escada de peixes), o dissipador de energia, entre outros. Em relação a esses componentes, julgue os itens subseqüentes. (TCU/2007) Os extravasores, também identificados por vertedores ou vertedouros, são dispositivos de segurança responsáveis pela garantia da integridade de uma barragem; devem ser projetados e dimensionados com base em estudos hidrológicos e os seus resultados podem ser confirmados por meio de estudos em modelo reduzido. (TCU/2007) Se o local onde se pretende construir uma barragem é caracterizado por solo e subsolo que apresentam baixa capacidade de suporte, é recomendável a construção de barragens de contraforte devido ao menor peso destas. (DESO-SE/2004) A vazão que escoa por um conduto, em que o fluido (água) está sob pressão, pode ser medida por meio de vertedores. (IEMA-ES/2004) A vazão máxima é um valor associado a um risco de ser igualado ou ultrapassado. Esse dado é importante no dimensionamento de obras hidráulicas como vertedouros e canais de adução. (PF/2004) Vertedores são dispositivos utilizados para medir vazão em escoamento por um canal, sendo que a carga sobre a soleira medida a jusante do dispositivo permite determinar a vazão.

aula 02 - estruturas hidr_ulicas

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