Avaliação da estabilidade hidráulica de diques homogêneos de enrocamento galgáveis utilizando modelo físico reduzido
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Francisco Eustáquio de Oliveira e Silva
Karla Cristina Araújo Pimentel Maia
Carlos Barreira Martinez
Éder Daniel Teixeira
Karla Cristina Araújo Pimentel Maia
Carlos Barreira Martinez
Éder Daniel Teixeira
Resumo
Os diques de enrocamento galgáveis são estruturas drenantes, geralmente utilizadas para
contenção de sedimentos de mineração, que possuem um rebaixamento na porção central do
maciço para passagem das cheias, ou seja, o sistema extravasor é incorporado no próprio dique.
Geralmente possuem altura de 3 m a 15 m, e inclinações de talude de jusante mais suaves, da
ordem de 3,0 a 6,0 H:1,0 V.
No Brasil há poucos estudos relacionados a este tema e os trabalhos internacionais publicados
recentemente referentes a barragens de enrocamento são mais direcionados para estudos de
estruturas com possibilidade de galgamento, e não para o caso em que ocorra galgamento
durante a passagem de qualquer cheia.
Neste contexto, nesta dissertação analisou-se o desempenho hidráulico de sistemas extravasores
de diques homogêneos de enrocamento galgáveis, quanto à estabilidade dos blocos, por meio
de modelo físico reduzido, determinando-se a vazão percolada entre os blocos e o valor máximo
de vazão específica (vazão por unidade de largura superficial da calha vertente) em que não
ocorra danos à estrutura em blocos, considerando o galgamento contínuo durante toda a vida
operacional do dique.
Os ensaios foram realizados em dois canais existentes no Centro de Pesquisas Hidráulicas
(CPH) da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), um em escala menor, para definir a
metodologia de ensaio e diminuir os percalços, e posteriormente, os ensaios foram realizados
em um canal com maiores dimensões, permitindo avaliar o efeito de escala entre os modelos.
A partir do conceito de equilíbrio entre as forças na partícula proposta por Shields foi realizado
o diagrama de forças para a situação do dique e foi proposto um equacionamento e gráficos
para avaliação da estabilidade de diques de enrocamento galgáveis. Verificou-se que a
estabilidade do dique está relacionada ao peso específico e ângulo de atrito da partícula de
enrocamento, da inclinação do talude de jusante e da inclinação da freática no maciço.
Os resultados obtidos foram convertidos em protótipos para uso em situações de projeto de
diques com geometria típica de estruturas dessa natureza, utilizando-se a semelhança pelo
número de Froude.
Abstract
Overtopped rockfill dams are drainage structures, generally used to contain mining sediments.
These structures have a lowering in the central portion of the body of dam for flooding. The
spillway is incorporated into the dam. Generally these dams are constructed with 3 m to 15 m
of height, and softer downstream slope, approximately 3,0 to 6,0 H: 1,0 V.
In Brazil, there are few studies related to this topic, and recent international studies on rockfill
dams are more directed to studies of structures with the possibility of overtopping, and not to
the case in which the overtopping occurs during the passage of any flood.
In this context, in this dissertation the hydraulic performance of overtopped homogeneous
embankment dam was investigated, regarding the stability of the blocks, by means of a scaled
physical model, determining the seepage flow through the blocks and the maximum value of
specific flow (flow rate per unit of surface width of the spillway) over that there is no damage
to the structure in blocks, considering the continuous overtopping during the whole operational
life of the dam.
The tests were carried out in two channels at the Hydraulic Research Center (CPH) in Federal
University of Minas Gerais (UFMG), one on a smaller scale, to define the test methodology
and to mitigate the mishaps, and later the tests were performed in a channel with larger
dimensions, allowing to evaluate the effect of scale between the models.
From the concept of forces balance in the particle proposed by Shields, the force diagram for
the dam situation was carried out and an equation and graphs were proposed to evaluate the
stability of overtopped rockfill dams. It was verified that the stability of the dam is related to
the specific weight and friction angle of the rockfill particle, downstream slope and slope of the
hydraulic head in the dam.
The results obtained were converted into prototype for use in dam design situations with typical
geometry of structures of this nature, using the similarity by Froude number.
Assunto
Engenharia sanitária, Recursos hídricos - Desenvolvimento, Barragem, Enrocamentos, Diques (Engenharia), Mineração hidráulica
Palavras-chave
Barragem de enrocamento, Diques galgáveis, Mineração, Modelagem hidráulica, Modelo físico reduzido