Rede Agronomia

Rede dos Engenheiros Agrônomos do Brasil

Essas obras são muito importantes na Agricultura, seja para abastecimento de água potável, geração de energia elétrica, regularização de vazão ou irrigação. A Figura abaixo mostra os elementos constitutivos de uma barragem e, ao lado, a foto de uma barragem de terra da Cemig.

Confesso que na minha vida profissional eu nunca tive a oportunidade de projetar uma barragem de terra mas, com a tragédia de Brumadinho, é bom divulgar algumas equações  e procedimentos de cálculo que são comumente utilizadas no seu dimensionamento hidráulico. Não esquecendo que isso é apenas um ensaio teórico, do qual não fizeram parte vários estudos, como os hidrológicos, geotécnicos e sócio-econômicos. A preocupação com o núcleo da barragem (que não abordei aqui) e um dreno central, são peças-chave para a sua desejável estabilidade.

A Figura abaixo mostra o dimensionamento hidráulico de uma pequena barragem de terra. A equação utilizada no cálculo do volume de terra para a construção da barragem foi tomada do livro virtual Pequenas barragens de terra do Eng. Plínio Tomaz, São Paulo, 2011.

A imagem com as curvas de nível (que vão servir também para o cálculo e plotagem da curva Cota x Área x Volume) foi tomada de um trabalho na Internet, sobre a qual eu acrescentei o menu do software (ImageJ) que usei para medir as áreas entre as curvas de nível, com os comandos Analyze e Measure, após selecionar o comando Polygon selections. (1)

Eu já mostrei aqui na Rede Agronomia como se utiliza o software gratuito ImageJ mas, não custa nada lembrar que, logo depois de carregar na área de trabalho a imagem da bacia de acumulação com as curvas de nível, a primeira tarefa é determinar a escala de trabalho (já que o desenho que usei não mostra a escala gráfica que acompanha todo mapa). Usando um escalímetro e a distância entre duas curvas de nível básicas, deduzi que a escala do mapa era de 1:200 e, com ela, medi a largura da barragem pelo traço do mapa. Então, carreguei o mapa (File > Open), usei a ferramenta do menu Reta (Straight) e arrastei o mouse sobre a linha do comprimento da barragem e, em seguida, Analyze > Measure para ter a sua extensão; no menu, selecionei os comandos Analyze > Set Scale e digitei 20 em known distance e m (de metro) para Unit of length, ficando configurada a escala de 17.571 pixels/metro. A partir daí, qualquer medida de linha será uma distância (em metros) e de um polígono, uma área (em metros quadrados). Simples assim.

A vazão de projeto (Q = 6,7 m³/s) foi obtida da planta com as curvas de nível, após dividir o volume total de água acumulado na bacia de acumulação (Volume = 580.193 m³) por 86.400 (número de segundos em um ano).

A altura da lâmina d´água no paramento de montante da barragem foi adotado como sendo a profundidade máxima do reservatório, na curva de nível 96, que vale Ha = 9,0 m.

REF.:

(1) http://agronomos.ning.com/profiles/blogs/me-a-com-precis-o-as-suas-...

Bom proveito e, se quiser acrescentar algo (da sua experiência profissional), fique à vontade.

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Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 16 março 2019 às 15:56

BARRAGEM ECOLÓGICA (COM GEOTEXTIL)  (*)

Lembrei agora que já havia publicado aqui um post sobre barragem, que chamei de ecológica por utilizar como material de enchimento o lodo do fundo em "charutões" de material geotêxtil que retém os sólidos e deixa passar a água.

A Figura abaixo apresenta um projeto que elaborei para a empresa Cohidro Ltda. anos atrás e que tinha por objetivo interromper o contato entre 2 rios (através de um canal artificial) na APA Guapimirim-RJ (fundo da Baía de Guanabara), por ser uma área de pesca e um dos rios ter ficado poluído, prejudicando o outro.

(*)  http://agronomos.ning.com/profiles/blogs/barragem-ecol-gica

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 15 março 2019 às 10:00

DRENAGEM DE TANQUE

Com cotovelo móvel (eu disse equivocadamente abaixo, que funcionava como sifão) e monge de tijolos.

Fonte: apostilha do Pronatec sobre piscicultura.

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 14 março 2019 às 15:36

Felipe, boa tarde,

Eu imagino que a restrição que você fez às tábuas removíveis no monge divulgado, tenha a ver com o conceito inverso de milímetros precipitados, que se relacionam com o produto da altura de chuva pela área de captação, resultando no volume escoado, ou seja, cada tábua retirada do monge significa o esvaziamento de um volume de água do reservatório equivalente à altura da tábua vezes a área da bacia de acumulação.

Talvez o ideal fosse que cada tábua mais do topo pudesse bascular lentamente e só atingisse o máximo de água retirada do reservatório, quando estivesse na posição horizontal. Aliás, esse conceito também pode ser empregado com canos de PVC funcionando como sifão e que, inicialmente na posição vertical, mantém o N.A. desejado do reservatório mas, ao inclinar-se, reduz a posição do nível d´água e atinge o mínimo na posição horizontal.

Resta saber como fazer para dimensionar hidraulicamente o tubo horizontal que sai do monge atravessando a base do maciço, para escoar a água contida no reservatório; se funciona como orifício ou vertedor vertical.

A Figura abaixo é uma planilha que faz os cálculos que mencionei (com dados hipotéticos) e, também, o tempo de escoamento do reservatório.

Bom proveito.

Comentário de Felipe Lopes Neves em 14 março 2019 às 8:47

Isso mesmo professor... garimpou bem. Neste caso ai é de concreto. Quando a barragem tem menos de meio hectare de lâmina ou quando a bacia de captação é menor do que 20 a 30 hectares eu uso o de PVCno esquema que fiz rsrsrsr, para ficar mais barato. Mas o processo é no mesmo princípio.

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 14 março 2019 às 8:39

É mais ou menos isto, colega ?

(Encontrei numa publicação da Embrapa sobre piscicultura)

Comentário de Felipe Lopes Neves em 13 março 2019 às 19:16

Professor, não estamos, pelo menos eu, não estou fazendo monge com tabuas. Ele capta muita Água da parte superior do reservatório. Quando construo faço a captação de fundo,no monge, então a água sobre por dentro do monge de tijolos, ou então monge de cano PVC, sendo que neste caso faz-se necessário colocar um cano de PVC com diâmetro menor dentro de outro cano PVC com maior diâmetro, para que a água de fundo entre, suba e em seguida saia por cima. Desculpe pelo esquema mas estou sem foto no momento

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 13 março 2019 às 14:45

MONGE DE TIJOLOS

Existe um dispositivo hidráulico simples utilizado comumente em tanques de piscicultura, que pode ser usado em pequenas barragens de terra. Trata-se de um vertedor formado por um poço e um tubo para saída d´água, chamado monge, que controla o nível da água no reservatório com o uso de tábua móveis colocadas manualmente numa das paredes através de uma ranhura.

A Figura abaixo mostra, de cima para baixo, o dispositivo em corte; idem com zoom no poço; e o mesmo visto de cima.

Bom proveito.

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 9 março 2019 às 9:35

CÁLCULO DO VOLUME DO MACIÇO DE UMA BARRAGEM

O Quadro da Figura abaixo, elaborado por mim, facilita o cálculo do volume do maciço de uma barragem de terra com taludes de montante na inclinação 3:1 e de jusante 2:1 até a altura de 20 metros, pois o divide em 3 seções: o de montante, o da crista e o de jusante que, somados, dão o volume de terra necessário para cada metro de comprimento da barragem.

A  coluna L da Planilha é um exemplo de barragem com crista de 3 m de largura; assim, definida na coluna B a altura da barragem (H), basta multiplicar o valor correspondente da  coluna M pelo comprimento da barragem (L) para termos o seu volume total estimado. Na última coluna, adotamos para o comprimento o mesmo valor da altura.

Os cálculos foram feitos como se fatiássemos o maciço da barragem tendo como altura cotas sucessivas de 1 a 15 m. A Figura abaixo dá uma ideia do que dissemos.

A área da seção transversal dos paramentos de montante e de jusante foram calculados com a equação do triângulo [A = (b*H)/2] e o seu volume, multiplicando esse valor pela unidade. A área do setor da crista foi calculado com a área do retângulo (A = b*H), depois multiplicado por 1.

Num projeto cuja altura da barragem seja de 10 m e a crista de 6 m, p.ex., pode-se suprimir as 5 últimas linhas da planilha e as 4 colunas (c=3m a c=5m), e substituir os números da 1a. coluna pelas cotas respectivas.

Bom proveito.

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 8 março 2019 às 17:09

TIPOS DE VERTEDORES

O vertedor é uma das estruturas hidráulicas mais importantes no projeto de uma barragem, pois a sua função é verter a vazão em excesso, evitando que a água passe por cima da crista (principalmente nas barragens de terra), mantendo a segurança da mesma.

Os extravasores de uma barragem são dimensionados para descarregar a máxima vazão afluente ocorrida, estabelecida com base nas séries históricas observadas.

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.(1)

Quanto às condições de operação, os vertedouros podem ser classificados em de serviço ou de emergência. O primeiro descarrega as vazões mais frequentes 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 (vide Figura ao final). Há ainda as barragens vertedoras, em que a sangria se dá por cima da barragem (mas com o revestimento em concreto).

A Figura abaixo mostra a foto de um vertedor com perfil de soleira do tipo Creager (que acompanha o perfil da linha d´água) e os 2 perfis mais comuns.

Os extravasores atuam como dispositivos de segurança quando a vazão assumir valores que tornem perigosa a estabilidade da barragem ou para impedir o nível da água acima de uma determinada cota.

O canal extravasor é um conduto fechado que liga o reservatório ao canal inferior. Tem declividade e seção transversal variáveis, sendo muito utilizado em barragens de terra onde não existe espaço disponível para tais dispositivos.

Segundo o Módulo 1 do Curso de Segurança de Barragens (2), o  dimensionamento do vertedouro deverá permitir a condução da vazão prevista e restituir de forma segura a jusante. Nos vertedouros controlados por comportas, deverá ser previsto 2 comportas no mínimo.

Em reservatórios de pequenas dimensões, para velocidades de subida de nível maiores que 2 m/h, o vertedouro deverá ser de soleira livre ou de acionamento automático. A velocidade de subida de nível é dada por: R = 366*Q/A onde R é a velocidade de subida do N.A. do reservatório (m/h), Q é a vazão de pico de cheia do projeto (m³/s) e A a área do reservatório (m²). Assim, para um reservatório com área de 2 hectares ou A = 20.000 m² e vazão máxima de Q = 6,7 m³/s a velocidade de subida será R = 366*6,7/20.000 = 0,12 m/h.

TIPOS DE VERTEDORES

A Figura abaixo mostra alguns tipos de vertedores, alguns dos quais são usados em barragens. De cima para baixo: soleira espessa, soleira fina, soleira espessa medidor, Creager, queda vertical, cascata, pedra arrumada, basculante e de comporta.

Outros tipos de vertedores usados em barragens são mostrados na Figura abaixo.

REFERÊNCIAS:

(1)

https://www.ebah.com.br/content/ABAAAAneEAG/aula-02-estruturas-hidr...

(2)

https://capacitacao.ead.unesp.br/conhecerh/bitstream/ana/110/14/Uni...

 

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 7 março 2019 às 15:41

VERTEDOR

O vertedor é a estrutura hidráulica que funciona como o ladrão da caixa d´água domiciliar, evitando que transborde. A Figura abaixo apresenta dois tipos de vertedores, com perfis diferentes, e as respectivas equações da descarga.

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