Barragens ENG /2

Transcrição

1 Barragens ENG /2 Prof. Dr. João Luiz Armelin Prof. M.Sc. Ricardo Ferreira Fonte: ELETROBRAS

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

3 3/66 CONDIÇÕES DE CARREGAMENTO (ELETROBRAS) Condição de Carregamento Normal CCN corresponde a todas as combinações de ações que apresentam grande probabilidade de ocorrência ao longo da vida útil da estrutura, durante a operação normal ou manutenção de rotina da obra, em condições hidrológicas normais, compreendendo as seguintes cargas: Peso próprio da estrutura e equipamentos; Carga acidental uniformemente distribuída, concentrada e cargas móveis; Carga relativa às atividades rotineiras de operação e manutenção; Subpressão com drenagem operante;

4 4/66 CONDIÇÕES DE CARREGAMENTO (ELETROBRAS) Condição de Carregamento Normal Empuxos hidrostáticos com o NA do reservatório e do canal de fuga variando entre os níveis máximo normal e mínimo normal, sendo que a condição mais severa de carregamento deverá ser selecionada para cada estrutura; Empuxo de terraplenos e de assoreamento; Pressão hidrodinâmica devido a esforços hidráulicos; Pressão intersticial; Esforços devido ao vento; Variação de temperatura e retração do concreto; Ancoragens ativas;

5 5/66 CONDIÇÕES DE CARREGAMENTO (ELETROBRAS) Condição de Carregamento Normal Esforços sobre a estrutura no primeiro estágio, em casos onde o segundo estágio da estrutura deva ser completado posteriormente, com a CH em operação.

6 6/66 CONDIÇÕES DE CARREGAMENTO (ELETROBRAS) Condição de Carregamento Excepcional CCE, que corresponde a uma situação de combinação de ações com baixa probabilidade de ocorrência ao longo da vida útil da estrutura. Em geral, estas combinações consideram a ocorrência de somente uma ação excepcional, tais como condições hidrológicas excepcionais, defeitos no sistema de drenagem, manobras de caráter excepcional, efeitos sísmicos, etc. com as ações correspondentes à CCN, logo deverá adicionar a esta condição uma das seguintes cargas excepcionais: Empuxos hidrostáticos e subpressão associados ao NA no reservatório e no canal de fuga variando entre os níveis máximo maximorum e mínimo minimorum;

7 7/66 CONDIÇÕES DE CARREGAMENTO (ELETROBRAS) Condição de Carregamento Excepcional Subpressão decorrente de drenagem inoperante ou de falhas no sistema de drenagem; Pressão hidrodinâmica devida à ação sísmica; Efeito de onda; Quaisquer esforços excepcionais sobre as estruturas de primeiro estágio.

8 8/66 CONDIÇÕES DE CARREGAMENTO (ELETROBRAS) Condição de Carregamento Limite CCL, que corresponde a uma situação de combinação de ações com muito baixa probabilidade de ocorrência ao longo da vida útil da estrutura. Em geral, estas combinações consideram a ocorrência de mais de uma ação excepcional, tais como condições hidrológicas excepcionais, defeitos no sistema de drenagem, manobras de caráter excepcional, efeitos sísmicos, etc. com as ações correspondentes à CCN, logo deverá adicionar a esta condição duas das seguintes cargas excepcionais: Empuxos hidrostáticos e subpressão associados ao NA no reservatório e no canal de fuga variando entre os níveis máximo maximorum e mínimo minimorum;

9 9/66 CONDIÇÕES DE CARREGAMENTO (ELETROBRAS) Condição de Carregamento Limite Subpressão decorrente de drenagem inoperante ou de falhas no sistema de drenagem; Pressão hidrodinâmica devida à ação sísmica; Efeito de onda; Quaisquer esforços excepcionais sobre as estruturas de primeiro estágio.

10 10/66 CONDIÇÕES DE CARREGAMENTO (ELETROBRAS) Condição de Carregamento de Construção CCC, que corresponde a todas as combinações de ações que apresentem probabilidade de ocorrência durante a execução da obra. Podem ser devidas a carregamento de equipamentos de construção, a estruturas executadas apenas parcialmente e carregamentos anormais durante o transporte de equipamentos permanentes, cargas temporárias para instalação e montagem de equipamentos definitivos, cimbramentos e quaisquer outras condições semelhantes, que ocorrem durante períodos curtos em relação à vida útil da estrutura. A seguinte lista de condições de carregamento tem caráter genérico, devendo ser analisada e completada em função de cada caso específico.

11 11/66 CONDIÇÕES DE CARREGAMENTO (ELETROBRAS) Condição de Carregamento de Construção Condições normais de carregamento em estruturas incomple- tas, conforme for apropriado em cada caso em particular. Como exemplo pode-se citar esforços sobre estruturas em 1º estágio, em casos onde o 2º estágio deve ser completado posteriormente como é o caso de adufas vazias sob o vertedouro; Cargas de equipamentos de construção e montagem; Cargas devidas às ancoragens provisórias para guinchos, guindastes ou dispositivos de levantamento de carga ou similares, cargas de compactação de aterros e reaterros; Cargas vivas excepcionais, devidas à movimentação e montagem de equipamentos;

12 12/66 CONDIÇÕES DE CARREGAMENTO (ELETROBRAS) Condição de Carregamento de Construção Cargas devidas a testes de equipamentos permanentes; Cargas hidrostáticas e subpressões anormais devidas a esvaziamentos temporários; Esforços devidos a injeções.

13 13/66 CONDIÇÕES DE CARREGAMENTO (ELETROBRAS) Condição de Carregamento de Construção Na combinação de ações devem ser observadas as seguintes condições: Cargas variáveis serão consideradas em intensidade e direção do modo mais desfavorável; Cargas acidentais, uniformemente distribuídas ou concentradas, serão consideradas na combinação mais desfavorável em termos de intensidade, localização, direção e sentido, não se considerando qualquer redução de esforços internos por elas causados;

14 14/66 CONDIÇÕES DE CARREGAMENTO (ELETROBRAS) Condição de Carregamento de Construção Combinação mais desfavorável do NA de montante e jusante com os correspondentes diagramas de subpressão; Os empuxos de terra nas estruturas levarão em conta a ocorrência de lençol freático, caso exista; No caso de sistemas de drenagem a montante e a jusante não deverão ser consideradas falhas concomitantes dos sistemas.

15 15/66 ESQUEMA COM OS PRINCIPAIS CARREGAMENTOS FONTE: NOVAK et al. (2004)

16 16/66 ESTABILIDADE (ELETROBRAS) A análise de estabilidade da estrutura de uma barragem é feita considerando-a como um conjunto monolítico, podendo desse modo ser assimilada a um corpo rígido. Para barragens de terra estão disponíveis muitos métodos para análise, sendo os mais usados aqueles que melhor atendem às condições de equilíbrio, com destaque para os seguintes métodos: Bishop Simplificado Morgenstem e Price Spencer Jambu Generalizado Sarma Love e Karafiath

17 17/66 ESTABILIDADE (ELETROBRAS) Para barragens de concreto, de um modo geral, os estudos de estabilidade devem comprovar a segurança das estruturas nas seguintes condições e em planos previamente escolhidos: Tombamento; Esmagamento; Deslizamento em qualquer plano, seja da estrutura, seja da fundação; Flutuação; Estabilidade elástica (flambagem); Tensões na base da fundação e na estrutura; Deformações e recalques; Vibrações; Ações de vento

18 18/66 ESTABILIDADE (ELETROBRAS) As hipóteses que seguem devem ser utilizadas como diretrizes básicas: Levar em conta as tensões naturais de confinamento preexistente e as pressões de água do subsolo quando se tratar de análise de estabilidade envolvendo massas de rocha; Considerar os resultados de investigações geológicas e geotécnicas ou geomecânicas; Considerar o efeito da subpressão, conforme critérios preestabelecidos, sob e no corpo das estruturas e em massas de rocha; Considerar, caso represente a condição mais severa, o carregamento devido à pressão intersticial;

19 19/66 ESTABILIDADE (ELETROBRAS) As cargas acidentais de projeto (exceto cargas de equipamento permanente fixo) devem ser completamente desprezadas em análise de estabilidade, sempre que as forças verticais atuarem como fatores de estabilidade.

20 20/66 EXTRAVASOR (VERTEDOURO) O cálculo do caminho hidráulico para o extravasor parte da determinação do valor da vazão estabelecida para as obras permanentes Q cp (m 3 /s). Em seguida, em comum acordo com o Orgão de Licenciamento Ambiental, são estabelecidos os limites da área inundada atingida pelo reservatório quando ocorrer Q cp (m 3 /s). Neste limite, que pode ser sobre o eixo da barragem, fixa-se, preliminarmente o comprimento máximo da crista do extravasor, L ex (m).

21 21/66

22 22/66 TOMADA D ÁGUA As tomadas d água podem ser: De superfície Afogadas A locação da tomada d água deve considerar: Escoamento, se possível isento de perturbações e de baixa velocidade; Mínimo transporte de material sólido submerso e de superfície; Possibilidade de acesso para manutenção; Garantia de afogamento do conduto forçado ou do conduto de baixa pressão de modo a eliminar a possibilidade de aeração externa no escoamento.

23 23/66 TOMADA D ÁGUA Para as tomadas d água afogadas com carga até 30 m, a velocidade média na seção bruta das grades deverá estar entre 1,0 e 1,5 m/s. Para maiores cargas, entre 1,5 e 2,5 m/s. O afogamento mínimo pode ser avaliado pela fórmula de Gordon: h af = k.v.h 0,5 v (m) onde k (m/s) = 0,545 para condições simétricas de fluxo e 0,725 para condições assimétricas; h v (m) = mínima dimensão vertical na seção longitudinal da tomada d água; v (m/s) = velocidade média nessa seção.

24 24/66 TOMADA D ÁGUA DE SUPERFÍCIE

25 25/66 TOMADA D ÁGUA AFOGADA

26 26/66 TOMADA D ÁGUA AFOGADA

27 27/66 COMPORTAS As comportas hidráulicas são classificadas em função do tipo de movimento quando em operação (NBR 7259): Comportas de translação Deslizamento Gaveta, ensecadeira, cilíndrica e anel; Rolamento Vagão, lagarta, Stoney; Comportas de rotação Segmento, setor, tambor, basculante, mitra, telhado e visor; Comportas de translorotação Rolante.

28 28/66 COMPORTAS Comportas de translação Comporta deslizante

29 29/66 COMPORTAS Comportas de translação Comporta de rolos

30 30/66 COMPORTAS Comportas de translação Comporta de rolos

31 31/66 COMPORTAS Comportas de translação Comporta lagarta

32 32/66 COMPORTAS Comportas basculante

33 33/66 COMPORTAS Comportas de rotação Comporta de segmentos

34 34/66 COMPORTAS Comportas de rotação

35 35/66 COMPORTAS Comportas de rotação Viga munhão

36 36/66 COMPORTAS Comportas de rotação Viga munhão

37 37/66 COMPORTAS Comportas de translação Comporta vagão

38 38/66 COMPORTAS Comportas de translação Comporta vagão

39 39/66 COMPORTAS Comportas de translação Comporta ensecadeira (stop log)

40 40/66 COMPORTAS Comportas de translação Comporta ensecadeira (stop log)

41 41/66 COMPORTAS GRADES

42 42/66 COMPORTAS GRADES

43 43/66 GRADES

44 44/66 COMPORTAS LIMPA GRADES

45 45/66 TURBINAS HIDRÁULICAS

46 46/66 TURBINAS TIPO FRANCIS A turbina Francis é um tipo de turbina hidráulica com fluxo radial de fora para dentro, concebida por Jean-Victor Poncelet por volta de 1820 e aperfeiçoada pelo engenheiro norte-americano James B. Francis em Neste tipo de turbina, a água sob pressão entra por um duto circular de secção decrescente, onde é desviada por um conjunto de pás estáticas (pré-distribuidor) e, logo depois, para um conjunto de pás articuláveis (distribuidor) e daí para un rotor central. A água atravessa a parede lateral do rotor, empurrando outro conjunto de pás fixas no mesmo, e sai pela base do rotor com pressão e velocidade muito reduzidas. A potência mecânica extraída da água é transmitida pelo rotor a um eixo fixado na base oposta.

47 47/66 TURBINAS TIPO FRANCIS Turbinas Francis são as mais comuns em usinas hidrelétricas for sua fexibilidade e eficiência O rotor geralmente tem entre 1 e 10 m de diâmetro. São usadas com quedas de água de 10 até 650 m, a velocidades de 80 a 1000 rpm; sua potências varia de menos de 10 a 750 MWs. Uma turbina Francis bem projetada pode extrair até 90% da energia potencial da água. Em geral, turbinas de tamanho médio ou grande são instaladas com o eixo vertical.

48 48/66 TURBINAS TIPO FRANCIS

49 49/66 TURBINAS TIPO FRANCIS

50 50/66 TURBINAS TIPO FRANCIS

51 51/66 TURBINAS TIPO FRANCIS

52 52/66 TURBINAS TIPO FRANCIS

53 53/66 TURBINASTIPO FRANCIS

54 54/66 TURBINAS TIPO FRANCIS

55 55/66 TURBINAS TIPO FRANCIS

56 56/66 TURBINAS TIPO KAPLAN A turbina Kaplan é adequada para operar entre quedas até 60 m. A única diferença entre as turbinas Kaplan e a Francis é o rotor. Este assemelha-se a um propulsor de navio (similar a uma hélice). Um servomotor montado normalmente dentro do cubo do rotor, é responsável pela variação do ângulo de inclinação das pás. O óleo é injetado por um sistema de bombeamento localizado fora da turbina, e conduzido até o rotor por um conjunto de tubulações rotativas que passam por dentro do eixo. O acionamento das pás é conjugado ao das palhetas do distribuidor, de modo que para uma determinada abertura do distribuidor, corresponde um determinado valor de inclinação das pás do rotor. As Kaplans também apresentam uma curva de rendimento "plana" garantindo bom rendimento em uma ampla faixa de operação.

57 57/66 TURBINAS TIPO KAPLAN

58 58/66 TURBINAS TIPO KAPLAN

59 59/66 TURBINAS TIPO KAPLAN

60 60/66 TURBINAS PELTON

61 61/66 TURBINAS TIPO PELTON

62 62/66 TURBINAS PELTON

63 63/66 TURBINAS-BOMBA

64 64/66 TURBINAS-BOMBA

65 65/66 TURBINAS BULBO

66 66/66 TURBINAS BULBO