CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS 1USI NAS HI DRELTRI CASCRI TRI OSDEPROJETOCI VI LDEUSI NAS HI DRELTRI CASOutubro/2003Eletrobrs2 CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICASCentrais Eltricas Brasileiras S.A. - ELETROBRSPresidenteLuiz Pinguelli RosaDiretor FinanceiroAlexandre Magalhes da SilveiraDiretordeProjetosEspeciaiseDesenvolvimentoTecnolgicoeIndustrialJos Drumond SaraivaDiretor de AdministraoRoberto Garcia SalmeronDiretor de EngenhariaValter Luiz Cardeal de SouzaCRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS 3....................................................................................................................................... 112.1 Generalidades .................................................................................................... 152.2 Contedo e Estrutura .............................................................................................. 162.3 Nomenclatura .................................................................................................... 162.4 Normas Tcnicas .................................................................................................... 162.5 Definies .................................................................................................... 172.5.1 Nveis de gua ........................................................................................... 172.5.2 Borda Livre ................................................................................................ 192.5.3 Descargas .................................................................................................. 193.1 Generalidades .................................................................................................... 213.2 Nveis de gua .................................................................................................... 213.2.1 Nvel de gua no Reservatrio .................................................................... 213.2.2 Nvel de gua de Jusante ............................................................................ 213.3 Borda Livre na Barragem, Ensecadeiras e Casa de Fora ........................................ 223.3.1 Borda Livre Normal ..................................................................................... 223.3.2 Borda Livre Mnima ..................................................................................... 223.4 Vazes .................................................................................................... 223.4.1 Vazo de Projeto dos rgos Extravasores ouCheia de Proteo da Barragem .................................................................. 223.4.2 Vazo de Projeto da Casa de Fora ............................................................. 233.4.3 Vazes de Desvio ....................................................................................... 233.4.4 Vazes de Operao ................................................................................... 243.4.5 Vazo Sanitria ........................................................................................... 243.5 Desvio do Rio .................................................................................................... 243.5.1 Desvio Atravs de Estrangulamento Parcial do Rio ........................................ 253.5.2 Desvio Atravs de Tnel .............................................................................. 263.5.3 Desvio Atravs de Galerias ou Adufas .......................................................... 283.5.4 Proteo de Canais e Ensecadeiras ............................................................. 293.5.5 Fechamento do Rio ..................................................................................... 303.6 Vertedouro .................................................................................................... 313.6.1 Vertedouro de Superfcie.............................................................................. 313.6.2 Descarregador de Fundo ............................................................................ 36SUMRIOCAPTULO 1APRESENTAOCAPTULO 2INTRODUOCAPTULO 3CRITRIOS DE PROJETOHIDROLGICOSE HIDRULICOS4 CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS3.6.3 Estruturas de Dissipao de Energia ............................................................ 393.7 Circuito Hidrulico de Gerao................................................................................. 413.7.1 Canal de Aduo ........................................................................................ 413.7.2 Tomada de gua ........................................................................................ 423.7.3 Conduto Adutor ........................................................................................... 473.7.4 Conduto Forado ........................................................................................ 473.7.5 Canal de Fuga............................................................................................ 533.8 Chamin de Equilbrio ............................................................................................. 533.8.1 Introduo .................................................................................................. 533.8.2 Critrio Simplificado da Canambra ................................................................ 533.8.3 Extenso do Critrio da Canambra............................................................... 543.8.4 Inrcia das Massas Girantes ........................................................................ 553.8.5 Operao em Sistema Interligado ................................................................. 583.8.6 Necessidade de Chamin de Equilbrio ......................................................... 613.8.7 Dimensionamento da Chamin de Equilbrio .................................................. 623.8.7.1 Dimenses Minmas....................................................................... 623.8.7.2 Critrios de Dimensionamento ........................................................ 633.9 Estudos de Remanso .............................................................................................. 633.10 Estudo deVida til do Reservatrio ........................................................................ 643.10.1 Introduo .................................................................................................. 643.10.2 Avaliao do Assoreamento ......................................................................... 643.10.3 Estudos a Serem Realizados ........................................................................ 673.10.4 Controle do Assoreamento de Reservatrios ................................................. 683.11 Estudos Hidrulicos em Modelos Reduzidos ............................................................. 693.11.1 Dados Bsicos ............................................................................................ 693.11.2 Escalas .................................................................................................... 693.11.3 Escolha do Tipo de Modelo a Ser Adotado.................................................... 703.11.4 Limites dos Modelos .................................................................................... 713.11.5 Aferio do Estiro Fluvial ............................................................................ 713.11.6 Estudo das Estruturas Hidrulicas de Desvio................................................. 723.11.7 Estudo da Estrutura do Vertedouro ............................................................... 733.11.8 Estudo da Estrutura de Dissipao de Energia .............................................. 733.11.9 Estudo das Estruturas do Circuito Hidrulico de Gerao ............................... 743.11.10 Plano de Operao das Comportas do Vertedouro ........................................ 753.12 Drenagem das guas Pluviais ................................................................................. 753.12.1 Introduo .................................................................................................. 753.12.2 Perodo de Retorno e Critrios de Segurana ............................................... 753.12.3 Clculo da Chuva de Projeto ....................................................................... 763.12.4 Determinao da Vazo de Projeto ............................................................... 773.12.5 Dimensionamento das Estruturas .................................................................. 783.12.6 Controle de Eroso a Jusante dos Dispositivos de Drenagem ........................ 803.13 Referncias Bibliogrficas ........................................................................................ 81CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS 54.1 Generalidades .................................................................................................... 834.2 Concreto .................................................................................................... 834.2.1 Ensaios .................................................................................................... 834.2.2 Classes de Concreto ................................................................................... 864.2.3 Propriedades do Concreto........................................................................... 884.3 Cimento Portland .................................................................................................... 994.4 Materiais Pozolnicos ............................................................................................ 1044.5 Agregados .................................................................................................. 1054.6 Aditivos .................................................................................................. 1084.7 gua .................................................................................................. 1094.8 Resistncias de Dosagem e de Controle ................................................................. 1094.9 Traos Tericos ................................................................................................... 1114.10 Aos ................................................................................................... 1114.10.1 Aos para Concreto Armado ....................................................................... 1114.10.2 Aos para Concreto Protendido................................................................... 1114.11 Dispositivos de Vedao e Aparelhos de Apoio ........................................................ 1124.11.1 Dispositivos de Vedao ............................................................................ 1124.11.2 Aparelhos de Apoio ................................................................................... 1124.12 Outros Materiais .................................................................................................. 1145.1 Generalidades .................................................................................................. 1155.2 Cargas Permanentes ............................................................................................ 1155.2.1 Peso Prprio ............................................................................................ 1155.2.2 Cargas Diversas ....................................................................................... 1165.3 Cargas Acidentais ................................................................................................. 1175.3.1 Sobrecargas ............................................................................................. 1175.3.2 Cargas Devido Presena de Equipamentos Eletromecnicos..................... 1185.3.3 Cargas de Construo e Aes Temporrias .............................................. 1225.4 Cargas Mveis .................................................................................................. 1225.5 Vibrao e Impacto ............................................................................................... 1225.6 Presses Hidrostticas .......................................................................................... 1235.7 Presses Hidrodinmicas ...................................................................................... 1235.7.1Presses Hidrodinmicas Devidas a Esforos Hidrulicos .............................. 1235.7.2Presses HidrodinmicasDevidas a Aes Ssmicas ..................................... 1245.8 Presses Intersticiais ............................................................................................. 1265.8.1 Subpresses no Cantato das Estrutras de Concreto com a Fundao ........... 1275.8.2 Subpresses em Sees de Concreto ........................................................ 1305.8.3 Subpresses em Planos da Rocha Inferioresao Contato Concreto/Fundao.................................................................. 1315.9 Presso de Material Assoreado .............................................................................. 1315.10 Empuxos de Terraplenos ...................................................................................... 1325.10.1 Situaes de Anlise e Seleo de Parmetros ............................................ 133CAPTULO 4PROPRIEDADEDOSMATERIAISCAPTULO 5AES DE PROJETOS6 CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS5.10.2 Determinao dos Empuxos....................................................................... 1345.10.3 Aspectos Gerais de Empuxo do Terrapleno ................................................ 1355.10.4 Clculo de Empuxos ................................................................................. 1355.11 Aes Devidas ao Vento........................................................................................ 1385.11.1 Estruturas Suscetveis a Danos .................................................................. 1385.12 Dilatao, Retrao e Deformao Lenta ................................................................ 1395.13 Referncias Bibliogrficas ...................................................................................... 1406.1 Generalidades .................................................................................................. 1416.2 Condio de Carregamento Normal (CCN) ............................................................ 1426.3 Condio de Carregamento Excepcional (CCE) ..................................................... 1426.4 Condio de CarregamentoLimite (CCL) .............................................................. 1426.5 Condio de Carregamento de Construo (CCC) ................................................. 1436.6 Combinao de Aes ........................................................................................... 1436.7 Referncias Bibliogrficas ...................................................................................... 1447.1 Generalidades .................................................................................................. 1457.2 Anlise de Estabilidade Global ............................................................................... 1457.2.1 Fator de Segurana Flutuao (FSF) ...................................................... 1467.2.2 Fator de Segurana ao Tombamento (FST) ................................................ 1477.2.3 Fator de Segurana ao Deslizamento (FSD) ............................................... 1477.3 Anlise de Tenses, Tenses Admissveis, Tenses de Servio e Deformaes ........... 1507.3.1 Tenses Normais (de servio) em Estruturas de Concreto Massae na Base das Fundaes ......................................................................... 1507.3.2 Anlise de Tenses e Deformaes pelo Mtododos Elementos Finitos ................................................................................ 1527.3.3 Tenses Admissveis do Concreto Massa .................................................... 1527.3.4 Tenses Admissveis nas Fundaes .......................................................... 1537.4 Coeficientes de Segurana Valores Mnimos Admissveis ....................................... 1547.4.1 Fatores de Reduo da Resistncia do Atritoe da Coeso (FSD e FSDc) .................................................................... 1547.4.2 Fatores de Segurana ao Tombamento (FST) e Flutuao (FSF) ................ 1557.5 Referncias Bibliogrficas ...................................................................................... 155CAPTULO 7BARRAGENS E ESTRUTURASDE CONCRETO- SEGURANA GLOBALCAPTULO 6CONDIES DECARREGAMENTOCRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS 78.1 Generalidades .................................................................................................. 1578.2 Anlise Estrutural .................................................................................................. 1578.2.1 Combinao de Carregamentos ................................................................. 1578.2.2 Coeficientes de Segurana ........................................................................ 1588.3 Dimensionamento .................................................................................................. 1598.3.1 Estruturas em Concreto Armado ................................................................. 1598.3.2 Estruturas em Concreto Protendido............................................................. 1598.3.3 Estruturas em Concreto Massa ................................................................... 1598.3.4 Estruturas em Concreto Compactado com Rolo ........................................... 1618.4 Estados Limites ltimos .......................................................................................... 1618.4.1 Instabilidade Elstica .................................................................................. 1618.4.2 Fadiga .................................................................................................. 1618.5 Estados Limites de Utilizao .................................................................................. 1618.5.1 Deformao Excessiva .............................................................................. 1618.5.2 Fissurao................................................................................................ 1618.5.3 Vibraes e Impacto .................................................................................. 1618.6 Disposies Construtivas ....................................................................................... 1628.6.1 Cobrimento das Armaduras ........................................................................ 1628.6.2 Espaamento Entre as Barras .................................................................... 1638.6.3 Esperas e Emendas das Barras ................................................................. 1638.6.4 Dobramento das Barras ............................................................................ 1638.6.5 Armadura Contra a Retrao ..................................................................... 1638.6.6 Espaamento dos Drenos .......................................................................... 1648.7 Referncias Bibliogrficas ...................................................................................... 1659.1 Generalidades .................................................................................................. 1679.2 Materiais de Construo ........................................................................................ 1679.2.1 Geral .................................................................................................. 1679.2.2 Balano de Materiais ................................................................................. 1689.2.3 Materiais para Zonas Impermeveis ........................................................... 1699.2.4 Materiais para Filtros e Transies ............................................................. 1749.2.5 Enrocamentos ........................................................................................... 1779.3 Definio das Sees Tpicas das Barragens .......................................................... 1809.3.1 Fatores que Influenciam a Escolha da Seo .............................................. 1809.3.2 Barragem de Seo Homognea ............................................................... 1809.3.3 Barragem de Terra - Enrocamento ............................................................. 1839.3.4 Barragens de Enrocamento com Face de Concreto ..................................... 1849.4 Referncias Bibliogrficas ...................................................................................... 186CAPTULO 9BARRAGENS DE TERRAE ENROCAMENTO- CONCEPOCAPTULO 8BARRAGENS E ESTRUTURASDE CONCRETO-DIMENSIONAMENTO8 CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS10.1 Generalidades .................................................................................................. 18710.2 Anlises de Percolao ......................................................................................... 18710.2.1 Anlises de Fluxo pelo Macio e Fundao ................................................ 18710.2.2 Dimensionamento de Sistemas de Drenagem .............................................. 18910.2.3 Dimensionamento de Transies ................................................................ 19010.2.4 Dimensionamento de Sistemas de Impermeabilizao................................... 19110.3 Anlises de Estabilidade ao Escorregamento........................................................... 19210.3.1 Considerao dos Esforos Solicitante e Resistentes .................................... 19210.3.2 Casos de Carregamento............................................................................ 19210.3.3 Parmetros e Consideraes de Anlise ..................................................... 19210.3.4 Mtodos de Anlise ................................................................................... 19610.3.5 Critrios de Aceitao ................................................................................ 19710.4 Anlises de Tenses e Deformaes ...................................................................... 19810.5 Proteo de Taludes ............................................................................................. 20010.5.1 Talude de Montante................................................................................... 20010.5.2 Talude de Jusante da Barragem de Terra ................................................... 20010.6 Barragens de Enrocamento com Face de Concreto................................................. 20110.6.1 Zoneamento da Seo Transversal ............................................................ 20110.6.2 Caractersticas dos Enrocamentos .............................................................. 20110.6.3 Lagura da Crista ....................................................................................... 20210.6.4 Espessura da Face do Concreto ................................................................ 20210.6.5 Armadura da Face do Concreto ................................................................. 20310.6.6 Juntas .................................................................................................. 20310.6.7 Plinto .................................................................................................. 20410.6.8 Transies................................................................................................ 20510.6.9 Cortina de Vedao................................................................................... 20510.6.10Muro de Crista .......................................................................................... 20510.7 Referncias Bibliogrficas ...................................................................................... 20511.1 Juntas de Construo ............................................................................................ 20711.1.1 Critrios Gerais de Tratamento ................................................................... 20711.1.2 Juntas Horizontais ..................................................................................... 20711.1.3 Juntas Verticais.......................................................................................... 20811.2 Juntas de Contrao ............................................................................................. 20811.3 Juntas de Dilatao ou Expanso .......................................................................... 20911.4 Dispositivo de Vedao ......................................................................................... 20911.4.1 Materiais Utilizados .................................................................................... 20911.4.2 Critrios Gerais para Utilizao .................................................................. 21011.5 Chavetas .................................................................................................. 21011.6 Drenos de Juntas .................................................................................................. 21111.7 Injees entre Blocos ............................................................................................ 211CAPTULO 11JUNTAS E REQUISITOSESPECIAIS PARAESTRUTURAS DE CONCRETOCAPTULO 10BARRAGENS DE TERRAE ENROCAMENTO-DIMENSIONAMENTOCRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS 911.8 Dispositivos de Ancoragem .................................................................................... 21211.8.1 Tipos de Ancoragem ................................................................................. 21211.9 Aparelhos de Apoio ............................................................................................... 21311.10 Estudos Trmicos do Concreto Massa .................................................................... 21411.11 Referncias Bibliogrficas ...................................................................................... 21712.1 Generalidades .................................................................................................. 21912.2 Tiposde Escavao ............................................................................................. 22012.2.1 Vida til das Escavaes ........................................................................... 22012.2.2 Localizao Geral das Escavaes............................................................. 22012.3 Procedimentos de Projetos ..................................................................................... 22112.4 Condicionantes Hidrulico-Estruturais ..................................................................... 22112.5 CondicionantesGeolgico-Geotcnicas ................................................................. 22212.5.1 Investigaes Geolgico-Geotcnicas ......................................................... 22212.5.2 Previso das Condies Executivas ........................................................... 22312.6 ProjetoGeotcnico ............................................................................................... 22712.6.1 Escavaes a Cu Aberto.......................................................................... 22712.6.2 Escavaes Subterrneas ......................................................................... 23012.6.3 Projeto de Drenagem para Escavao ....................................................... 23212.6.4 Projeto de Proteo Superficial de Taludes em Solos ................................... 23212.6.5 Tratamento de Taludes Rochosos .............................................................. 23312.6.6 Tratamento das Escavaes Subterrneas ................................................. 23312.6.7 Controle Ambiental das Escavaes Subterrneas ....................................... 23412.7 Projeto Geomtrico ................................................................................................ 23412.7.1 Escavaes a Cu Aberto.......................................................................... 23412.7.2 Escaves Subterrneas ........................................................................... 23512.7 Referncias Bibliogrficas ...................................................................................... 23513.1 Generalidades .................................................................................................. 23713.2 Tratamento Superficial ........................................................................................... 23913.2.1 Remoo de Materiais Indesejveis ............................................................ 23913.2.2 Regularizao da Fundao ...................................................................... 23913.2.3 Limpeza .................................................................................................. 24013.2.4 Recobrimento Superficial ............................................................................ 24013.2.5 Drenagem Superficial ................................................................................ 24113.2.6 Injees Localizadas ................................................................................. 24113.3 Tratamentos Profundos.......................................................................................... 24113.3.1 Projeto Geotcnico .................................................................................... 24213.3.2 Consolidao da Fundao ....................................................................... 24213.3.3 Injeo Profunda das Fundaes ............................................................... 243CAPTULO 12ESCAVAESCAPTULO 13TRATAMENTO DASFUNDAES10 CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS13.3.4 Drenagem Profunda das Fundaes em Rocha .......................................... 24413.3.5 Drenagem Profunda das Fundaes em Solo ............................................. 24613.4 Critrios para Liberao de Fundaes .................................................................. 24613.5 Referncias Bibliogrficas ...................................................................................... 24714.1 Generalidades .................................................................................................. 24914.2 Critrios de Projeto de Instrumentao .................................................................... 25014.2.1 Grandezas a serem Monitoradas ................................................................ 25014.2.2 Seleo dos Blocos ou Sees Chave ..................................................... 25314.2.3 Quantidade de Instrumentos ....................................................................... 25314.2.4 Seleo dos Tipos de Instrumentos............................................................. 25414.2.5 Instrumentao de Barragens de Pequeno Porte......................................... 25614.2.6 Codificao dos Instrumentos e Simbologia.................................................. 25714.3 Fases para Elaborao de Projetos de Instrumentao............................................ 26014.3.1 Estudos de Viabilidade e Projeto Bsico ...................................................... 26014.3.2 Projeto Executivo ...................................................................................... 26014.4 Critrios para o Estabelecimento de Valores de Controle para Instrumentao ........... 26114.4.1 Manual de Superviso do Comportamento da Barragem ............................. 26114.4.2 Determinao dos Valores de Referncia para Cada Instrumento ................. 26114.5 Critrios de Operao, Processamento e Anlise de Dados ..................................... 26314.5.1 Leitura e Processamento dos Dados ........................................................... 26314.5.2 Frequncia da Leitura dos Instrumentos ...................................................... 26314.5.3 Apresentao dos Resultados .................................................................... 26514.5.4 Anlise e Interpretao dos Resultados ....................................................... 26614.5.5 Avaliao por Consultores Especiais .......................................................... 26614.6 Inspees Visuais In Situ ..................................................................................... 26714.6.1 Freqncia das Inspees ......................................................................... 26814.7 Referncias Bibliogrficas ...................................................................................... 269A.1 Introduo .................................................................................................. 271A.2 Causas de Ruptura ............................................................................................... 272A.3 Metodologia de Clculo Preliminar .......................................................................... 272A.4 Metodologia de Clculo Definitivo ........................................................................... 274A.5 Plano de Aes Emergenciais (PAE) ...................................................................... 275A.6 Referncias Bibliogrficas ...................................................................................... 277CAPTULO 14AUSCULTAO EINSTRUMENTAO DASOBRASCIVISANEXO AESTUDO DE RUPTURADA BARRAGEMCRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS 11A segurana das barragens constitui uma preocupao permanente para as entida-desgovernamentais,tantoporsuaimportnciaeconmicaespecficacomopeloriscopotencialquerepresentaapossibilidadederupturaououtroacidentegrave,em termos de vidas humanas, impacto ao meio ambiente, prejuzos materiais e osreflexoseconmico-financeiros.Considerandoa recente privatizao parcial do setor eltrico, e visando a manuten-odopadrodequalidadedosprojetoshidreltricos,aELETROBRSresolveuconsolidarnodocumentoCritriosdeProjetoCivildeUsinasHidreltricas,aex-perincia dasconcessionrias de energia eltrica federais e estaduais, de modo apreservaramemriadoSetorEltricoadquiridaaolongodosltimos50anosdeprojetoeconstruodeusinashidreltricasEste documento, iniciado pela ELETROBRS em outubro de 1999, com o apoio doCBDBComitBrasileirodeBarragens,procurouuniformizaredefiniroscritriosutilizados no desenvolvimento de projetos em nvel de Viabilidade, Bsico e Execu-tivodeUsinasHidreltricas.EstelaboradonosmoldesdaquelesproduzidospeloBureauofReclamation-USBR,pelasconcessionriasdeenergiaeltricaepordi-versas projetistas.No se trata de um rol de exigncias ou condies mnimas, mas de um documentodeorientaoaoestabelecimentodoprojetocomadequadascondiesdequali-dade tcnica, segurana e custo. Caractersticas particulares podem indicar o inte-resseounecessidadedealteraooucomplementaodoscritriosaquidefini-dosemcasosespecficos.Aelaboraodestescritrioscontoucomaparticipaoemsuaprimeirafasedetrabalho, de tcnicos da ELETROBRS (coordenao do Grupo Tcnico), conces-sionrias de energia eltrica (CHESF, ELETRONORTE, FURNAS, CEMIG, COPELeITAIPU)ederepresentantesdoCBDBedoLACTEC/CEHPAR.Apsotrminodesta fase, foi emitida uma primeira minuta, para anlise e comentrios dos traba-lhos, por parte de consultores independentes, para a consolidao deste documen-to final.CAPTULO 1APRESENTAO12 CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICASpelaELETROBRSValter Luiz Cardeal de SouzaDiretor de Engenharia - DELucianoNobreVarellaChefe do Departamento de Engenharia e Meio Ambiente - DEAngelo Antonio CarilloChefedaDivisodeEngenhariadeGeraopeloCBDBCassio Baumgratz ViottiGrupoTcnicodeCoordenao-GTSrgioCorraPimenta-CoordenadordoGT-ELETROBRS(Consultor)AurlioAlves Vasconcelos - CHESFAntnioSrgioGuerraGabinio-COPELAdemar Sergio Fiorini - ITAIPUFernanda TavaresR.deOliveira-CEMIGHlioCostadeBarrosFranco-ELETRONORTEMassahiroShimabukuro-FURNASTibiriGomesdeMendona-CEMIGPelaCEMIGLuzCarlosGomideMarcusGontijoRochaMariaCecliaNovaisFirmoFerreiraVirmondesRodriguesdaCunhaPelaCHESFAlberto Jorge TavaresCavalcantiJos Aquino de SouzaRicardo Jos Barbosa de SouzaCOORDENAODOS TRABALHOSSUPERVISO TCNICADOS TRABALHOSCOLABORADORESCRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS 13PelaCOPELDenise Arajo Vieira KrugerMarcos Alberto SoaresNelsonSaksPaulo LevisPelaELETROBRSJos Antnio RossoJosCarlosVieiraMilanez(Consultor)Heitor Barros de Oliveira (Consultor)MrcioCorraPimentaRafaelMoradeMelo(Consultor)PelaELETRONORTEArnaldo Ferreira da CostaGilsonMachadodaLuzGilsonMottaMarcosEliasPor FURNASAntonio Vieira CavalcantiJosAdelmardeMelloFrancoJosFranciscoFaragedoNascimentoRubensMachadoBittencourtPorITAIPUEvangelista Caetano PortoPeloCBDBCassio Baumgratz ViottiErton CarvalhoJoaquimPimentadevilaJosBernardinoBotelhoMassahiroShimabukuroNewtondeOliveiraCarvalhoPeloLACTEC/CEHPARAndrLusTonsoFabiani14 CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICASPelaENGEVIX Engenharia S/C Ltdalvaro Eduardo SardinhaCarlosCorraJos Antunes SobrinhoPelaTHEMAGEngenhariaJooCarlosDalFabbroSergioCifuJoo Francisco Alves SilveiraNelson L. de Souza PintoSrgio N. A. de BritoWalton Pacelli de AndradeCONSULTORESINDEPENDENTESCRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS 15EstedocumentoapresentaosCritriosGeraisdeProjetoCivilparaodesenvolvi-mentodeprojetosdeUsinasHidreltricasemtodasassuasetapas:viabilidade,bsicoeexecutivo.Paraoprojetoexecutivo,estescritriospoderosercomplementados por critrios especficos de projeto, que orientaro o detalhamentodecadaestruturacomponenteemparticular.Estes critrios, baseados em anlises tericas e experimentais de utilizao consa-grada, tem por finalidade orientar as condies exigveis na verificao da seguran-a das estruturas principais das UHEs e estabelecer as definies, normas, diretri-zes e critrios de quantificao das aes e das resistncias a considerar no projetodas estruturas, que permitam a mxima eficincia, durabilidade e confiabilidade dageraoenergtica.Na elaborao destes critrios procurou-se dar um sentido o mais abrangente pos-svel na matria tratada, incluindo-se o estado da arte com relao s estruturas dosaproveitamentoseseusmtodosconstrutivos.As solues de engenharia selecionadas para o projeto devem ser confiveis, segu-rasecomprovadaspelaexperinciaenoindevidamentearrojadasoucomplica-das.Soluesdeprojetosegurasesimplesdevemserselecionadaseanalisadasem detalhe para assegurar a sua adequao e inteira concordncia com os requi-sitos bsicos. Consideraes de custos no devero ter prioridade sobre aspectosdeseguranaedeconfiabilidade.Duranteaexecuodosaproveitamentos,deverserverificadoseexistemdiver-gncias entre os parmetros efetivos do aproveitamento e os adotados nos critriosde projeto, o que poder levar aeventuais modificaes na concepo do projetooriginal.Aos eventos excepcionais e s suas conseqncias, devem ser dispensadas consi-deraesapropriadas.Esteseventospoderosercausadospelaprprianaturezaou podero ser resultantes de falhas de operao, manuteno ou conduta nociva.Os critrios de projeto devem incorporar componentes capazes de prevenir ou pelo2.1GENERALIDADESCAPTULO 2INTRODUO16 CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICASmenos aliviar os efeitos de tais eventos excepcionais, reservando uma margem desegurananasanlises,comestafinalidade.NosCritriosdeProjeto,incluem-sepadres,mtodosdeanliseestruturalehi-drulica, hipteses de carga, tenses admissveis, tipos de materiais, juntas e con-diesdesuasutilizaes,hiptesesdeprojeto,almdeoutrosdadoseprocedi-mentos gerais para os seguintes elementos de projeto: Obras de Desvio do Rio; Reservatrio; BarragensdeConcreto,TerraeEnrocamentoeDiques; Tomadadegua; CondutosForadoseTneis; ChamindeEquilbrio; Casa de Fora e Estruturas Associadas; Canais de Aduo e de Fuga; Vertedor, Calha e Bacia de Dissipao; Muros de Arrimo.N.A. Nvel de gua;f Coeficientedemajoraodascargasatuantes;c Coeficientedeminoraodaresistnciacaractersticadoconcreto;s Coeficientedeminoraodaresistnciacaractersticadoao;fck Resistnciacaractersticacompressodoconcreto;ftk Resistnciacaractersticatraodoconcreto;fcj Resistnciamdiacompressocomcarregamentorpidonaidadedejdias; Desviopadro.AsnormasepadresqueseroutilizadosparaaelaboraodoProjetoseroasultimasediesdasNormaseRegulamentosdaAssociaoBrasileiradeNormasTcnicas-ABNT.Casos especficos e/ou omissos sero supridos pelas normas, regulamentos e pa-drestcnicosdasorganizaesabaixorelacionadasnoquelhesforprprio:2.2CONTEDO E ESTRUTURA2.3NOMENCLATURA2.4NORMAS TCNICASCRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS 17 American Association of State Officials - ASSHO; American Concrete Institute - ACI; American National Standard Institute - ANSI; American Institute of Steel Construction - AISC; American Society of Civil Engineers - ASCE; AmericanSocietyforTestingMaterials-ASTM; American Water Works Association - AWWA; American Welding Society - AWS; Associao Brasileira de Cimento Portland - ABCP; AssociaoBrasileiradeGeologiadeEngenharia-ABGE; Associao Brasileira de Mecnica dos Solos - ABMS; AssociaoBrasileiradeMecnicadasRochas-ABMR; Associao Brasileira de Recursos Hdricos - ABRH; AssociationFranaisedeNormalisation-AFNOR; British Standards - BS; California Department of Water Resources - CDWR; Comit Brasileiro de Barragens - CBDB; ComitEurointernationalduBeton-CEB; Concrete Reinforcing Steel Institute - CRSI; Deutsche Industrie Normen - DIN; Instituto Brasileiro de Concreto - IBRACON; InstitutodePesquisasTecnolgicas-IPT; InternationalCommittesonLargeDams-ICOLD; LaboratrioNacionaldeEngenhariaCivil-LNEC; SocietHidrauliqueFranaise-SHF; United States Army Corps of Engineers - USACE; United States Bureau of Reclamation - USBR; UnitedStatesFederalSpecifications-USFS.2.5.1 Nveisdegua NvelMximoNormalnoReservatrioNveldeguamximonoreservatrioparafinsdeoperaonormaldausina.Corresponde ao nvel que limita a parte superior do volume til. NvelMnimoNormalnoReservatrioNveldeguamnimonoreservatrioparafinsdeoperaonormaldausina.Corresponde ao nvel que limita a parte inferior do volume til.2.5DEFINIES18 CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS NveldeMximaEnchentenoReservatrioNvel mximo atingido no reservatrio resultante da passagem da cheia de projetodabarragem,admitindo-seoreservatrionoNvelMximoNormalnoinciodoevento e todas as comportas dos rgos extravasores operativas. NvelMximoOperativonoCanaldeFugaNvel de gua a jusante da Casa de Fora para a vazo correspondente ao somatriodos engolimentos mximos de todas as turbinas, com vazo vertida nula. NvelmnimoOperativonoCanaldeFugaNveldeguaajusantedaCasadeForaparaavazocorrespondenteaoengolimentonominaldamquinademenorcapacidade,comvazovertidanula. NvelMnimonoCanaldeFugaNvelmnimodeguaajusantedaCasadeForacomvazonulaatravsdasturbinas. NveldeMximaEnchentenoCanaldeFugaNveldeguaajusantedaCasadeForaresultantedapassagemdacheiadeprojeto da Casa de Fora. Nvel de Mxima Enchente a Jusante da BarragemNveldeguaimediatamenteajusantedabarragemresultantedapassagemdacheiadeprojetodabarragem. Nvel Mnimo a Jusante da BarragemNvel mnimo de gua que pode ocorrer a jusante da barragem. Nvel de Mxima Enchente a Jusante do VertedouroNvel mximo de gua a jusante do vertedouro resultante da passagem da cheia deprojetodabarragem. Nvel Mnimo a Jusante do VertedouroNvel mnimo de gua a jusante do vertedouro sem vertimento, considerando, quan-do houver, a influncia da vazo nominal de uma mquina pelo Canal de Fuga.CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS 192.5.2 BordaLi vre Borda Livre Normal da Barragemadistnciaverticalentreonvelmximonormalnoreservatrioeacotadegalgamentodabarragem. BordaLivreMnimadaBarragem a distncia vertical entre o nvel de mxima enchente no reservatrio e a cota degalgamentodabarragem. Borda Livre da Ensecadeira a distncia vertical entre o nvel resultante da passagem da vazo de desvio e acotadegalgamentodaensecadeira. Borda Livre da Casa de Fora a distncia vertical entre o nvel de mxima enchente no Canal de Fuga e a cotade proteo da Casa de Fora.2.5.3 Descargas2.5.3.1 Vazes daCheia CheiaMximaProvvel a cheia afluente ao reservatrio definida pela hidrgrafa resultante da PrecipitaoMxima Provvel - PMP, sobre a baciade drenagem a montante da barragem, (con-forme procedimentos recomendados pela World Meteorological Organization - 1973),admitindo-se condies crticas de escoamento superficial e levando-se em conta osefeitos dos reservatrios de montante e do prprio reservatrio da barragem conside-rada.TambmdenominadadePMF(doinglsProbableMaximumFlood). CheiadeDadaRecorrnciaCheia resultante dos estudos de anlise de freqncia de vazes mximas anuaisnoperodohistrico,caracterizadapelorespectivotempoderecorrncia(TR)ex-presso em nmero de anos. CheiadeProjetodaBarragem a cheia caracterizada pela mxima hidrgrafa afluente ao reservatrio, que definea capacidade do vertedouro para garantir a segurana da barragem, levando-se emcontaoefeitodeamortecimentodoreservatrio.20 CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS Cheia de Projeto da Casa de Fora a cheia que, aps propagao pelo reservatrio, produz o nvel de gua no CanaldeFugaquecondicionaaproteodaCasadeForacontrainundao.2.5.3.2 VazesdeDesvioSovazesdecheiadedadarecorrncia,consideradasnasdiferentesfasesdemanejodorioduranteaconstruo.2.5.3.3 VazesdeOperao EngolimentoNominaldaTurbina a vazo atravs da turbina para a altura de queda, potncia e velocidade nominais. EngolimentoMximodaTurbina a maior vazo que se pode verificar atravs da turbina em condies normais deoperao. Vazo Sanitriaavazomnimaasergarantidaajusantedoaproveitamentoequeatendasexignciasdosrgosambientaisedalegislaoemvigor.CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS 21Oscritrioshidrulicosdefinidosnestecaptuloestabelecemosprincpiosgeraisdo projeto hidrulico, sem limitar as numerosas solues e alternativas que podemresultaremcadaprojeto.3.2.1 NveldeguanoReservatrio NvelMximoNormalnoReservatrioO Nvel Mximo Normal no reservatrio ser definido atravs dos estudos energti-cos,levando-seemconsideraopossveiscondicionantesambientais. NvelMnimoNormalnoReservatrioO Nvel Mnimo Normal no reservatrio ser definido atravs dos estudos energti-cos,levando-seemconsideraopossveiscondicionantesambientais. NveldeMximaEnchentenoReservatrio(NvelMximoMaximorum)O Nvel de Mxima Enchente no reservatrio resultar da propagao da cheia deprojeto da barragem, impondo-se a operao das comportas para manter constan-te o nvel do reservatrio at que a vazo afluente atinja a capacidade mxima dovertedourocomoreservatrionoNvelMximoNormal.Alaminaodacheia,apartir deste ponto, ser automtica. No se considera o efeito do vento.3.2.2 NveldeguadeJusanteOs nveis de gua a jusante sero definidos com base na curva-chave estabelecidaparaolocal.O nvel mnimo no canal de fuga ser definido em funo da vazo sanitria, ou emfunodavazodeengolimentonominaldeumamquina.CAPTULO 3CRITRIOS DE PROJETOHIDROLGICOS E HIDRULICOS3.1GENERALIDADES3.2NVEIS DE GUA22 CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS3.3.1 BordaLi vreNormal Borda Livre Normal da BarragemEmbarragensdeterraouenrocamento,abordalivrenormalserdefinidaparaabsorver o efeito das ondas provocadas pelo vento, segundo mtodo de Saville ref.(1), admitindo-se um vento mximo de 100 km/h e uma onda com 2% de probabili-dade de ser superada. Dever ser limitada ao mnimo de 3,0 m.Em barragens de concreto, a borda livre normal ser limitada ao mnimo de 1,5 m. Borda Livre das EnsecadeirasA borda livre normal das ensecadeiras dever ser limitada ao mnimo de 1,0 m. Borda Livre da Casa de ForaA borda livre da Casa de Fora ser no mnimo de 1,0 m.3.3.2 BordaLi vreMni ma BordaLivreMnimadaBarragemEmmaciosdeterraouenrocamento,abordalivremnimadeverserde1,0macimadoNveldeMximaEnchentedoreservatrio.Em barragens de concreto, a borda livre mnima dever ser de 0,5 m acima do NveldeMximaEnchentedoreservatrio.3.4.1 VazodeProj etodosrgosExtravasoresouChei adeProj etodaBarragemPara barragens maiores que 30 m ou cujo colapso envolva risco de perdas de vidashumanas (existncia de habitaes permanentes a jusante), a vazo de projeto dosrgos extravasores, ou cheia de projeto, ser a cheia mxima provvel.Parabarragensdealturainferiora30moucomreservatriocomvolumemenorque 50.000.000 m3 e, no havendo risco de perdas de vidas humanas (inexistnciade habitaes permanentes a jusante), a cheia de projeto ser definida atravs deumaanlisederisco,respeitadaarecorrnciamnimade1000anos.3.3BORDA LIVREDA BARRAGEM,ENSECADEIRASE CASA DE FORA3.4VAZESCRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS 233.4.2 VazodeProjetodaCasadeForaSer definida atravs de uma anlise de risco das vazes naturais mdias dirias,respeitadaarecorrnciamnimade1000anos.3.4.3 VazesdeDesvioAs vazes de desvio, para cada fase do manejo do rio, sero definidas pelos temposderecorrnciaresultantesdeumaanlisederisco,confrontando-seocustodasobras de desvio com o valor esperado do custo dos danos resultantes das respecti-vas enchentes. No clculo dos danos sero considerados os danos locais, os cus-tos devidos a atraso no cronograma e eventuais danos a montante e a jusante. AnlisedeRiscoParacadafasedemanej odori oduranteaconstruo,asvazesdedimensionamento das obras de desvio devero ser definidas em funo do risco deinundaodareaensecada,levando-seemcontaotempodeexposioaesterisco.Na definio do risco a ser adotado, devero ser considerados os seguintes aspec-tos:custo previsto dos danos causados obra, resultantes de cheias superi-oresconsiderada,incluindo-seosprejuzosadvindosdosatrasosdecronograma e custos de reposio do empreendimento situao ante-rior;custo previsto dos danos causados s obras e comunidades a jusante oumontante, inclusive o relativo perda de vidas humanas.Oestudodeverconsiderarcadafasedodesvioeserorientadopeloscritriosdelineadosnatabelaabaixo:TABELA3.1CATEGORIADODANO RISCOANUALNo h perigo de vidas humanas nem se prev que ocorram danos importantes na obra e seu andamento. 5%a20%No h perigo de vidas humanas mas j se prevem danos importantes na obra e seu andamento. 2%a5%H algum perigo de perda de vidas humanas e so previstos importantes danos na obra e ao seu andamento. 1%a2%H perigo real de perda de vidas humanas e so previstos grandes danos obra e ao seu andamento. =1,5;h = profundidadedoescoamento,emm;hv=gv22= altura cintica;v = velocidadedoescoamento,emm/s;g = aceleraodagravidade,emm/s2.Para as curvas cncavas, o raio de curvatura no dever ser inferior a 5h.Eventuaisvariaesdelarguradacalha,estreitamentosoualargamentos,serolimitadasporinclinaesde1:3F,ondeFonmerodeFroudedoescoamento.recomendvelaverificaodacalhaemmodeloreduzido. Borda Livre do MuroA borda livre dos muros laterais do vertedouro ser definida com base em ensaiosemmodeloreduzido.Aaeraodofluxopoderseravaliadacombasenogrfico050-3 do HDC ref. (3). Perdas de CargaA estimativa das perdas de carga ao longo da face de jusante do vertedouro poderserimportanteparaoprojetodosdispositivosdedissipaodeenergia.Serne-cessria,tambm,parasedeterminaraprofundidadedoescoamentoaolongodacalha.36 CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICASPara a estimativa das perdas de carga no perfil da lmina lquida no trecho inicial doescoamentoduranteodesenvolvimentodacamadalimiteserutilizadoomtodopreconizado nas folhas 111-18 a 111-18/5 do HDC ref. (3).Para o trecho com a camada limite plenamente desenvolvida, ser aplicado o m-todoclssicodasdiferenasfinitas,"standard-step-method",considerandoocoefi-cientederugosidadedeManningiguala0,012paraoclculodasvelocidadesmximas, e igual a 0,015 para o clculo dos nveis de gua. AeraoInduzidaA necessidade de dispositivos de aerao para evitar a cavitao ser determinada combase em um ndice de cavitao incipiente= 0,25, que corresponde a irregularidadesgraduaisdeacabamentodasuperfciedeconcreto,daordemde20:1.Ondicedecavitaonaturaldoescoamentoaolongodorpidosercalculadopelaexpresso:gvH Hvn2 e gRvhhPHa+ + cosonde:n= ndicedecavitaonatural;i= ndicedecavitaoincipiente;H = altura de presso em termos de presso absoluta, em m;v = velocidademdiadoescoamento,emm/s;Hv= altura de presso de vapor, em m.Pa = pressoatmosfrica;h = profundidadedoescoamentonormalaopiso,emm; = ngulodeinclinaodacalhacomahorizontal,emgraus;R = raio de curvatura da curva vertical (negativo nas curvas convexas), em m; = pesoespecficodagua=10.000N/m3;g = aceleraodagravidade,m/s2;Dispositivos de aerao sero previstos sempre que n 1,0 km 50 100Canais, Vos de Pontes 100 2503.12.3 ClculodaChuvadeProjetoA chuva de projeto obtida da seguinte equao que relaciona a intensidade, dura-oefreqnciadeumadadaprecipitao:( )

,_

+nmrt tTK i0onde:i = intensidademdiadachuvacrtica,emmm/min;t = tempodeduraodachuva,emminutos;Tr= perodo de retorno, em anos;K, m, to e n = parmetrosdeajustedaequaoparacadalocal.Essetipodeequaopodeserobtidoemlocaisquedisponhamdepostospluviogrficos.Existemvriosdestespostosimplantadoseoperadosporinstitutosdepesquisa,sobretudoaquelesrelacionadosaInstitutosAgronmicosoudeMeteorologia,emvriascidadesdopas.Vriospesquisadoresjrealizaramestudosparadeterminaodeequaesdeintensidade,duraoefreqnciadechuvasparavriaslocalidades,destacando-se o eng. Otto Pfafstetter (ref. 36), que as elaborou para 98 cidades brasileiras.A intensidade tambm poder ser obtida diretamente das curvas intensidade x dura-oxfreqncia,considerandoaduraoigualaotempodeconcentrao.CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS 77 TempodeConcentraoO tempo de durao da chuva para uma pequena bacia hidrogrfica geralmente considerado igual ao tempo de concentrao dessa bacia, que poder ser calcula-dopelafrmuladeKirpich:385 , 0357

,_

HLtconde:tc=Tempodeconcentrao;L= Comprimento do talvegue mais extenso, em km;H= Desnvel ao longo do talvegue mais extenso, em m.Para bacias sem talvegue definido, o tempo de concentrao dever ser obtido naRef.33,paradiferentescondiesdedeclividade,comprimentodopercursoeco-eficientedeescoamentosuperficial.Ovalormnimodotempodeconcentraodever ser de 5 minutos.3.12.4 DeterminaodaVazodeProjetoNasbaciascomreasdecontribuiopequenas,atde5,0km2,oclculodavazo de projeto dever ser feito pelo mtodo racional.Nocasodebaciascomreasdecontribuiosuperioresa5,0km2deveroseradotadosmtodosqueutilizemoconceitodoHidrogramaUnitrio.O mtodo racional tem por fundamento a ocorrncia de uma precipitao uniformesobre uma rea de contribuio. A vazo calculada pela equao:6A i CQ onde:Q = Vazo de projeto, em m3/s;C = Coeficientedeescoamentosuperficial,obtidonaTabela3.5; i = Intensidadedechuva,emmm/min;A = rea da bacia, em ha.78 CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICASTABELA 3.5COEFICIENTESDEESCOAMENTOSUPERFICIALDIRETOOCUPAODOSOLO Creas densamente construdas, caladas e vias pavimentadascom asfalto ou concreto, locais com rochas decapadas 0,70 a 0,95reas construdas, caladas e vias pavimentadas com pedras irregularesou paraleleppedos, locais com camada de solo pouco espessae com vegetao rasteira 0,50 a 0,70reas pouco construdas, com muitas reas verdes, matas com terreno ngremee pouco permevel 0,20 a 0,50Matas, solo permevel e sem construes, terreno pouco ngreme ( 2% a 7% ) 0,10 a 0,25Florestas, solo com alta permeabilidade e sem construes, terreno plano 0,05 a 0,103.12.5 Di mensi onamentodasEstruturasOs diversos dispositivos que compem o sistema de drenagem superficial deveroserselecionadostcnicaeeconomicamente,afimdepermitirumrpidoescoa-mento das guas pluviais que incidirem sobre a rea de projeto.Oscoletoresdeveroserdimensionados,semprequepossvel,comocanalemregimeuniforme,utilizando-seaequaodeManning-Strickler.OcoeficientederugosidadedeverserobtidonaTabela3.6.TABELA 3.6VALORES DO COEFICIENTE DE RUGOSIDADE DE MANNING.FORMAEREVESTIMENTODOFUNDOEPAREDES nSarjetas - asfalto liso 0,013 - 0,015Sarjetas - asfalto rugoso 0,015 - 0,017Concreto liso com pavimento de asfalto 0,014 - 0,015Concreto rugoso com pavimento de asfalto 0,015 - 0,016Pavimento de concreto 0,014 - 0,016Retilneo e revestido com grama de at 5 cm de altura 0,023 - 0,030Revestido com mato e lmina de gua profunda 0,035 - 0,050Revestido com mato e lmina de gua rasa 0,050 - 0,130Galerias de concreto pr-moldado bem acabado 0,013 - 0,014Galerias de concreto moldado "in loco" com formas metlicas simples 0,014 - 0,015Galerias de concreto moldado "in loco" com formas de madeira 0,015 - 0,020Pedras Argamassadas 0,016 - 0,022Gabies 0,023 - 0,025Rocha escavada 0,025 - 0,035CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS 79Devero ser observados os seguintes critrios bsicos:Asdecl i vi dades,semprequepossvel ,deveroacompanharasdeclividades naturais do terreno, de modo a evitar assentamentos profun-dos;A velocidade de escoamento, para a vazo de projeto, no dever exce-deravelocidademximaadmissvelparaanaturezadorevestimento,conformeapresentadonaTabela3.7;A inclinao das margens dever ser menor que o ngulo de repouso domaterialderevestimento,conformeindicaaTabela3.8,emfunodanatureza das margens do canal.TABELA 3.7VELOCIDADESADMISSVEISEMCANAISMATERIALDASPAREDESDOCANAL VELOCIDADE MDIA (m/s)Areia muito fina 0,23 a 0,30Areia solta mdia 0,30 a 0,46Areia grossa 0,46 a 0,61Terreno arenoso comum 0,61 a 0,76Terreno silte-argiloso 0,76 a 0,84Terreno de aluvio 0,84 a 0,91Terreno argiloso compacto 0,91 a 1,14Terreno argiloso duro 1,14 a 1,22Solo cascalhado 1,22 a 1,52Cascalho grosso, pedregulho, piarra 1,52 a 1,83Rochas sedimentares moles xisto 1,83 a 2,44Alvenaria 2,44 a 3,05Rochas compactas 3,05 a 4,00Concreto 4,00 a 6,00TABELA 3.8INCLINAO DAS MARGENS DO CANALNATUREZA DAS MARGENS INCLINAO (1V: mH)Canais em terra sem revestimento 2,50 a 5,00Canais em saibro, terra permevel 2,00Cascalho rolio 1,75Terra compactada, sem revestimento 1,50Terra muito compactada, paredes rochosas 1,25Rochas estratificadas, alvenaria de pedra bruta 0,50Rochas compactas, alvenaria em concreto 0Adeterminaodalinhadeguaedasvelocidadesaolongodocanalpoderserrealizada atravs do Standard Step Method, descrito no item 3.9 - Estudos de Re-manso.80 CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICASOutrasestruturastaiscomobueiros,caixasdepassagem,descidasdeguaemdegraus,dissipadoresdeenergiaeestruturassemelhantes,entreoutras,porsuanaturezaespecial,serotratados,quandodasuaocorrncia,deacordocomasprticas usuais apresentadas nas referncias 4, 33 e 34.3.12.6 ControledeErosoaJusantedosDispositivosdeDrenagemPara orientar o controle de eroso a jusante das obras de drenagem, devero seradotadososseguintescritrios: Otipodetratamentodeverserselecionadoemfunodavelocidadenasada, de acordo com a tabela 3.9:TABELA 3.9VELOCIDADE NA SADA (m/s) TRATAMENTODOCANALNATURALV < 1,00 Nenhum1,00 < V < 3,00 Revestimento vegetal3,00 < V < 5,00 Enrocamento numa extenso de 4 a 18 m alm da sada do canalV > 5,00 Dispositivos especiais de controle de eroso tais como:dissipador de energia ou bacia de amortecimento. Odimetromdiodaspedrasparaenrocamento,ajusantedasobrashi-drulicas, dever ser obtido pela expresso:D V 6 onde:V=velocidademdiadoescoamento,emm/s;D=Dimetromdiodomaterial,emm. A velocidade do fundo do canal dever ser considerada igual a 70% da velo-cidademdianasada.CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS 811. Th. Saville Jr. et al, "Freeboard Allowances for waves in Inland Reservoir", Journal ofWaterwaysand Harbours Division of the A.S.C.E, May 1962.2. Design of Small Dams, United States Department of the Interior, Bureau of Reclamation,Washington DC 19733. Hydraulic Design CriteriaWaterways Experiment Station - Corps of EngineersVicksburg, Mississippi - 19884. Chow, Ven-Te: "Open Channel Hydraulics" - International Student Edition, MacGraw Hill -1985 - 21a Edio5. Discharge Coefficients for Irregular Overfall Spillways, Engineering Monograph n 9, UnitedStates Department of the Interior, Bureau of Reclamation, 19526. Hydraulic Design of Flood Control by High Heed Grated Outlets, ICOLD 9th Congress, Istanbul,19677. Hydraulic Design of Stilling Basins and Energy Dissipators, Engineering Monograph no 25,United States Department of the Interior, Bureau of Reclamation8. SelectingHydraulicReactionTurbines-EngineeringMonographno20,UnitedStatesDepartment of the Interior, Bureau of Reclamation, 19769. Gordon, J. L., "Determination of Generator inertia", Eastern Zone Meeting, Hydraulic PowerSection, Canadian Electrical Association, Halifax, Jan. 196110. Jaeger, C., "Hydraulique Technique" Ed. Dunod, Paris, 195411. Lencastre, A., Hidrulica Geral, 198312. Matias Ramos, C., J. A. Gil Saraiva, "Dimensionamento de Grades de Proteo de CircuitosHidrulicos", LNEC, Memria no 557, Lisboa, 198113. Applied Hydraulic Transients - M .H. Chaudry14. IEC -Code n. 308 - International Code for Testing of Hydraulic Turbines - Edio 197015. Bureau of Reclamation - Engineering monograph no 03 - Welded Steel Penstock16. 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ICOLD - "Sedimentation Control of Reservoirs - Guidelines" - International Commission onLarge Dams - Paris, 1989.CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS 83CAPTULO 4PROPRIEDADE DOS MATERIAIS4.1GENERALIDADES4.2CONCRETONestecaptulosoabordadasaspropriedadesdosprincipaismateriaisutilizadospara obras civis de hidreltricas, tais como: concreto, ao, dispositivos de vedaoe aparelhos de apoio e referncia a outros materiais.Basicamente, e sempre que for possvel, para especificaes de materiais de con-cretoarmado,deveroserutilizadasasNormasBrasileirasdaABNT(AssociaoBrasileira de Normas Tcnicas), a no ser quando essas normas sejam insuficien-tes.Nesse caso podero ser utilizadas outras normas de acordo com o item 2.4.4.2.1 Ensai osDeveroserrealizadosensaiosparacaracterizaodosmateriaisepropriedadesdoconcreto.Acaracterizaodaspropriedadesdosmateriaissubsidiar:Acomparaoentreosdiferentesmateriaisdisponveis,visandoasele-omaisadequadaparautilizaonaobra;A definio de providncias eventualmente necessrias tendo em vista aaplicabilidade dos diferentes materiais na produo do concreto, especi-almentenocasodosagregados(beneficiamento,neutralizaodareatividadepotenciallcali-agregado,etc);O desenvolvimento dos estudos de dosagens do concreto.As propriedades do concreto fornecero subsdios ao desenvolvimento do projeto eaocontroletecnolgicoduranteaimplantaodoempreendimento.Asseguintespropriedadesdosmateriaisedoconcretodeveroserexaminadas,considerando-semnimosobrigatriosquelesindicadoscom(*):84 CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS ConcretoDeterminaodamassaespecficadoconcretofrescoeendurecido(*)Resistnciacompressoaxialsimples(*)ResistnciatraonaflexoResistnciatraodiretaResistnciatraoporcompressodiametral(*)MdulodeElasticidadeecoeficientedePoissonCoeficientededilataolinearCalorespecficoElevaoadiabticadetemperaturaDifusibilidadetrmicaCondutividadetrmicaFlunciaCapacidadededeformaoRetraoporsecagem Quandotratar-sedeconcretomassa,convenienteadeterminaodasseguintespropriedadesdoconcreto:Resistncia trao na flexo (*)Mdulodeelasticidade(*)Coeficientededilataotrmica(*)Calorespecfico(*)Difusibilidadetrmica(*)Elevaoadiabticadetemperatura(*)Fluncia(*) AgregadosmidosComposiomineralgica(*)Massaespecficaeabsoro(*)Composiogranulomtrica(*)Reatividadepotencialcomoslcalisdocimentomtodoacelerado(*)Sanidade ao ataque do sulfato de sdioImpurezasorgnicas(*)MassaunitriaTeordeargilaemtorresInchamentoTeordematerialpulverulentoTeordepartculaslevesCRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS 85 AgregadosgradosAnlisepetrogrfica(*)ResistnciacompressoMdulodeelasticidadendicedeformaMassaespecficaeabsoro(*)Composiogranulomtrica(*)Reatividadepotencialcomoslcalisdocimentomtodoacelerado(*)Sanidade ao ataque do sulfato de sdio (*)Abraso Los AngelesDesagregabilidadepeloetilenoglicolCoeficientedeexpansotrmicaCiclagemaceleradagua/estufaMassaunitriaTeordematerialpulverulentoTeordepartculasleves CimentoMassaespecfica(*)Resduo na peneira #200 (*)SuperfcieespecficaBlaine(*)Temposdepega(*)Expansibilidade(*)Resistnciacompresso(*)Calordehidratao(*)Anlisequmica(*) PozolanaAnlisequmica(*)Massaespecfica(*)Resduo na peneira #200 (*)Resduo na peneira #325 (*)SuperfcieespecficaBlaine(*)ndicedeatividadecomocimento(*)ndice de atividade com a cal (*)86 CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS4.2.2 ClassesdeConcretoOsconcretosdestinadosaosdiversoslocaisdasestruturasserodefinidosemfunodaresistnciadoprojetoerespectivaidadedereferncia,sendoqueparaos concretos sujeitos ao do fluxode gua em velocidade sero tambm espe-cificadosvaloresmximosparaarelaogua-cimentoedimensomximaca-ractersticadoagregado.ATabela4.2.2indicaasclassesderesistnciascomasrespectivasidadesdecontrole.Estatabeladeveserconsideradacomoumadiretriz,servindocomobalizamento ao Projeto na definio das classes de concreto.Devem ser observa-dasasseguintesconsideraes: As classes de resistncias correspondentes aos diferentes locais de aplica-opodemseralteradasemfunodassolicitaesrequeridasemcadacasoespecfico. Asclassesderesistnciaspodemserdiferenciadasdentrodeumamesmaestrutura.Nocasoespecficodoconcretomassa,asresistnciascaractersticasdevem, dentro do possvel, ser diferenciadas ao longo da altura das estruturas. Para efeito da definio das classes de resistncias, o concreto compactadocomrolo(CCR)nodiferenciadodoconcretomassaconvencional.Assim,oCCRaquiconsideradocomodeclasseA(regiesdencleo)ouB(regiesdeparamentos).Asuaresistncia,talqualdoconcretomassaconvencional,podervariar,dependendodasolicitaoemcadalocaldaestrutura. Osconcretosdesuperfcieshidrulicassujeitasavelocidadesmaioresdoque 12m/s (para estruturas a cu aberto) ou 7m/s (para estruturas afogadas) devemter a relao A/C mxima limitada em 0,45.Valores maiores s podero ser adotadosseestudosespecficosdelaboratrios,realizadosparaosconcretosproduzidoscom os materiais a serem utilizados na obra em questo, mostrarem que concretosdequalidadeedurabilidadeequivalentespoderoserobtidosmesmosemaado-odoreferidolimite.Adimensomximacaractersticadosagregadosdestesconcretosestarlimitadaem19mmou25mm. Aresistnciacaractersticadoconcretoprojetadopodervariaremfunodasolicitaoedaidadeemquerequeridaaresistnciatotalouparcialespecificada.CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS 87 Para o concreto pr-moldado, o Projeto dever indicar as resistncias carac-tersticas necessrias na idade do saque das peas e quando solicitadas nas estru-turas em que elas sero aplicadas.A idade do saque das peas deve ser estabelecidapela Construtora, com base em seu prprio planejamento executivo, podendo estaidadevariaratmesmoemumamesmaobra. Em casos de exposio do concreto a agentes qumicos agressivos, a rela-o A/C mxima ser limitada.Os valores a serem adotados dependero dos tipose intensidades dos agentes agressivos presentes.A dimenso mxima caracterstica do agregado e a consistncia do concreto deve-roserestudadasnaobraemfunodasdimensesdaspeas,espaamentoedensidadedasarmaduras,condiesdelanamentoeadensamentodoconcreto.Seaestruturaforsolicitadaemidadessuperiores90diasaidadederefernciapoderseraumentada.TABELA 4.1CLASSESDECONCRETORESISTNCIACARACTERSTICACLASSE DENOMINAES fckIDADE(MPa) DIASA Concreto massa (ncleo); concreto de enchimento - CCR -concreto de regularizao 6 a 9 90B Paramentos de estruturas de concreto massa; impermeabilizao da fundao 12 a 18 90C Concreto estrutural com baixa densidade de armao 15 a 18 90D Concreto estrutural com baixa densidade de armao 15 a 18 28E Concreto Estrutural 18 a 25 28F (1)Concreto estrutural; estruturas hidrulicas sujeitas a velocidadesentre 4m/s e 12m/s (para estruturas a cu aberto) ou 7m/s(para estruturas afogadas); estruturas sujeitas a abrasoe/ou solicitaes hidrodinmicas aleatrias. 28 a 30 28G Concreto Estrutural 25 28H Concreto Estrutural 28 28P Concreto Protendido 28 a 32 28K Concreto Projetado 21 28(1)Quandousadonasoleiradovertedouro,deverterrelaogua/cimentoequivalentemximaiguala0,45.Aespessuradestacamadanodeverultrapassar0,30m.88 CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS4.2.3 Propri edadesdoConcretoAs principais propriedades do concreto necessrias ao desenvolvimento do projetoe implantao de uma usina hidreltrica, esto relacionadas no item 4.2.1, deven-do ser determinadas aps a realizao dos estudos de dosagens para a obra.Osvaloresdaspropriedadesdosconcretospoderotambmserobtidosemnor-masoudeterminadosconformeaseguirindicado.Resistnciacaractersticatrao:ftx = 0,06 fck para fck< 19 MPaftk = 0,72 + 0,06 fck para fck > 18 MPaCoeso:c = 0,20 fck4.2.3.1 MdulodeElasticidadeeCoeficientedePoisson Expresses de Uso CorrenteExisteumgrandeinteressedeordemprticaemcorrelacionarmdulodeelastici-dade,resistnciamecnicacompressoedimensomximadoagregado.Esteinteresse se deve ao fato da impossibilidade, em diversas circunstncias, da deter-minaoexperimentaldomdulodeelasticidade.a)O CEB utiliza a seguinte expresso (para corpos de prova cilndricos)Ec=10000.(fcm)1/3onde:Ec = mdulodeelasticidadetangentedoconcretoaos28dias(MPa);fcm = resistnciamdiacompressoaos28dias(MPa).b) O ACI recomenda as seguintes expresses:Ec = 4,73.(fcm) 1/2 - para concretos normaisEc = 43.1,5.(fcm) 1/2.10-6- para concretos com diferente de 2300 kg/m3CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS 89onde:Ec = mdulodeelasticidadetangentedoconcretoaos28dias(GPa)fc = resistncia compresso (MPa) aos 28 dias (para corpos de prova cilndricos) = massaespecfica(kg/m3)c)Paradiferentesdimensesmximasdeagregadosdotipolitolgicognaisse,L'Hermiteapresentaaseguinteexpresso:Ecs = 11.000 . ((fcj)1/3 - 0,7 + 0,56 . log (D))onde:Ecs = mdulodeelasticidadesecantedoconcreto(MPa);fcj= resistnciamdiadoconcretocompresso,previstaparaidadejdias(MPa);D = dimensomximacaractersticadoagregado(mm).d)ConformeaNBR6118(Rev.2001),omdulodeelasticidadeoumdulodedeformao inicial, deve ser obtido segundo ensaio descrito na NBR 8522.Quandonoforemfeitosensaiosenoexistiremdadosmaisprecisossobreoconcretousadonaidadede28dias,pode-seestimarovalordomdulodeelasticidadeusando a expresso:Eci = 5600 fck 1/2onde:Eciefcksodadosemmega-pascal.e) O mdulo de elasticidade poder ser calculado tambm pela expresso Ec = 0,9x 6600 com o fck em MPa, quando no houver ensaios executados.OsdadosobtidospeloLaboratriodeConcretodoCentroTecnolgicodeEnge-nharia Civil do Departamento de Apoio e Controle Tcnico situado em Aparecida deGoiniaparaasdiversasobras,soapresentadosaseguirparaseremadotados,quando se no os dispuser.90 CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICASNa Tabela 4.2 esto apresentadas as equaes de ajuste do mdulo de elasticida-desecanteemfunodaresistnciacompresso,utilizandoextensmetrosel-tricos embutidos, juntamente com seus coeficientes de correlao (r).Tais ensaioslevamemconsideraootipolitolgico,adimensomximadoagregado,ocon-sumodeaglomeranteeaidadedoconcreto.A Tabela 4.3 mostra os valores do mdulo de elasticidade tangente obtidos a partirdas funes apresentadas na Tabela 4.2, considerandoas resistncias compres-so do concreto de 20 MPa, 30 MPa e 40 MPa, comparados com os valores estima-dos atravs das expresses propostas pelo CEB, ACI e NBR 6118/80 (Rev.2001)A Tabela 4.4, apresenta os valores do mdulo de elasticidade obtidos experimental-mente utilizando extensmetros mecnicos e eltricos para as respectivas resistn-ciascompresso.Estesresultadossocomparadoscomosvaloresestimadosatravs das expresses propostas pelo CEB, ACI e NBR 6118/80 (Rev. 2001) utilizan-doasmesmasresistncias.Como se observa na Tabela 4.3, a influncia do tipo litolgico do agregado gradonomdulodeelasticidadedoconcretosignificativa.Almdisso,ainflunciadadimensomximacaractersticadoagregadobastantepronunciadaemalgunscasos,dependendotambmdascaractersticasdarocha.Quanto aos valores estimados a partir das expresses do CEB, ACI e NBR 6118/80(Rev. 2001), estes so variveis entre si, e apresentam em relao aos resultados deensaioscertaaproximao,dependendodotipodeagregado.TABELA 4.2.EQUAESDEAJUSTETIPOLITOLGICO EQUAO DE AJUSTE:E = A . e(-B/fc)Dmx 19 mm Dmx 38 mm Dmx 76 mm Dmx 152 mmA B r A B r A B r A B rGnai sse 21,69 6,84 0,704 23,19 5,32 0,743 22,04 3,26 0,914 23,01 3,09 0,990Basalto 40,10 7,87 0,663 48,12 10,48 0,800 31,42 6,64 0,880 34,00 6,82 0,780Metagrauvaca 44,84 7,08 0,830 46,55 7,52 0,830 43,68 4,36 0,860 46,66 4,22 0,780Quartzito 29,43 8,76 0,950 24,23 4,89 0,970 24,00 4,90 0,980 22,92 4,56 0,960Granito 28,56 14,20 0,950 23,40 4,97 0,960 14,70 1,22 0,940 28,40 7,30 0,960CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS 91TABELA 4.4MDULODEELASTICIDADETIPO DMX PROCEDNCIA RESISTNCIA MDULODEELASTICIDADE(GPA)*LITOLGICO (MM) (OBRA) COMPRESSO ENSAIO CEB ACI EC= NBR6118 (MPa) 0,9X6600(f ck (REV.2001)EXT.MEC EXT.ELT +3,5)1/2MPaQuartzo 25 49,5 44,3 40,6 36,7 33,3 43,2 39,4Micaxisto 50 UHECanaBrava 35,8 44,2 40,9 33,0 28,3 37,2 33,5Gabro 25 20,7 35,8 42,1 27,5 21,5 29,2 25,535,6 41,8 41,1 32,9 28,2 37,1 33,4Granito 50 UHE Lajeado 27,3 33,1 25,5 30,1 24,7 33,0 29,376 15,8 26,5 30,1 25,1 18,8 26,1 22,3Basalto 100 13,6 18,7 25,2 23,9 17,4 24,6 20,7Latito UHEPiraj 11,8 18,1 22,2 22,8 16,2 23,2 19,250 21,6 18,2 21,7 27,8 22,0 29,8 26,0Gnaisse 32 F. Cristiano Varella 22,3 21,8 - 28,1 22,3 30,2 26,4Granito 19 UHESerradaMesa 29,8 24,0 19,3 31,0 25,8 34,3 30,6100 6,8 12,8 10,0 18,9 12,3 19,1 14,6Cloritaxisto 100 UHECorumbI 12,2 18,1 17,8 23,0 16,5 23,5 19,6TABELA 4.3VALORESCOMPARATIVOSTIPO RESISTNCIA MDULODEELASTICIDADE EC=LITOLGICO COMPRESSO TANGENTE(GPa) CEB ACI 0,9X6600(f ck NBR6118(MPa) DMX(MM) +3,5)1/2MPa (REV.2001)19 38 76 152Gnaisse 20 16,9 19,6 20,6 21,7 27,1 21,1 28,8 25,030 19,0 21,3 21,8 22,9 31,1 25,9 34,4 30,740 20,1 22,3 22,3 23,4 34,2 29,9 39,2 35,4Basalto 20 29,8 31,4 24,8 26,6 27,1 21,1 28,8 25,030 33,9 37,3 27,7 29,8 31,1 25,9 34,4 30,740 36,2 40,7 29,3 31,6 34,2 29,9 39,2 35,4Metagrauvaca 20 34,7 35,2 38,6 41,6 27,1 21,1 28,8 25,030 38,9 39,8 41,6 44,6 31,1 25,9 34,4 30,740 41,4 42,5 43,1 46,2 34,2 29,9 39,2 35,4Quartzito 20 20,9 20,9 20,7 20,0 27,1 21,1 28,8 25,030 24,2 22,7 22,4 21,7 31,1 25,9 34,4 30,740 26,0 23,5 23,3 22,4 34,2 29,9 39,2 35,4Granito 20 15,4 20,1 16,2 21,7 27,1 21,1 28,8 25,030 19,6 21,8 15,5 24,5 31,1 25,9 34,4 30,740 22,0 22,8 15,7 26,1 34,2 29,9 39,2 35,4Nota:OsvaloresapresentadosparaosDmxde19a152mmforamcorrigidosapartirdeensaiosdemdulodeelasticidadesecante(majoradosde10%).92 CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICASHqueseconsiderarqueosvaloresobtidosapartirdeensaiosreferem-seaomdulo secante, enquanto que as expresses propostas pelo CEB, ACI e NBR 6118/80 (Rev. 2001) referem-seao mdulo tangente.Omdulotangenteinicial(naorigem)superioraomdulosecante,podendoseradotadoumpercentualde10%.Estemdulopodeserobtidoindiretamente:asecante curva tenso-deformao no descarregamento freqentemente parale-latangentecurvatenso-deformaonocarregamento.OcoeficientedePoissonadmitidocomo0,20.4.2.3.2 AesdeLongaDuraoPara aes de longa durao h que se levar em considerao o efeito de flunciadoconcreto.Omdulodeelasticidadecomcargamantida(sustainedmodulusofelasticity),dever ser calculado em funo dos coeficientes de fluncia do concreto, utilizandoa expresso do U.S. Bureau of Reclamation. ) 1 ( ) (1+ + t n k fEA Tabela 4.5, mostra os valores obtidos pelo Laboratrio de Concreto de Furnas doCentro TecnolgicodeEngenhariaCivil,localizadoemAparecidadeGoinia,comensaios realizados para diversas UHEs.NestaTabelaestoinseridostambmosvaloresdemdulodeelasticidade,paradiversas idades, obtidos em ensaios com os materiais das usinas referidas.Asdeformaesprovenientesdecarregamentosdelongaduraodeverolevaremcontaoefeitodaflunciadoconcreto.CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS 93TPO Dmx.LITOLGICO (mm) 2 3 5 7 28 90 365 2 3 7 28 90 180 36519 Angra dos Reis 15,7- 9,1 6,1--- 8,3 9,9 14,3 17,2 19,0 20,3 21,927 Anta- 12,3- 11,0 6,9 6,1 5,0- 13,9 15,9 20,5 24,4 26,2 28,038 Sapucaia 15,1 14,2 10,9 12,1 6,8-- 10,5- 16,9 19,0 21,4 22,8 25,076 Simplcio 13,0- 7,7- 6,7-- 9,0- 13,1 16,0 17,8 20,9 19,1152 Cana Brava 4,5- 4,5- 4,5-- 6,4- 11,3 15,3 19,8 21,9 23,5Gnaisse 12,1 13,3 8,1 9,7 6,2 6,1 5,0 8,6 11,9 14,3 17,6 20,5 22,4 23,519 17,4 24,0- 18,1 18,9-- 12,3 15,5 14,3 18,1 21,1 23,2 24,038 18,8- 18,3- 6,6-- 11,3- 13,9 17,2 19,9 20,9 21,776 7,1- 4,8 8,4 4,8 4,5-- 8,9 12,5 16,6 17,0 21,2 21,0100- 24,0- 7,8 6,4---- 15,1 20,6 23,5 23,1 24,0152 5,7- 5,5- 3,8-- 4,5- 8,1 10,6 14,1 14,9 15,7Quartzito 12,3 24,0 9,5 11,4 8,1 4,5- 9,4 12,2 12,8 16,6 19,1 20,7 21,338- 15,9- 13,7 9,9 7,7 3,5 2,6 4,0 5,5 9,8 11,7 13,1 14,5100- 18,8- 10,5 8,1 5,9 3,4- 4,3 4,5 7,6 10,9 11,2 14,4Xisto- 17,4- 12,1 9,0 6,8 3,5 2,6 4,2 5,0 8,7 11,3 12,2 14,5Cloritaxisto 100 Corumb- 6,0- 5,3 5,1 4,6--- 14,6 17,8 20,3 20,7 23,0Cloritaxisto- 6,0- 5,3 5,1 4,6--- 14,6 17,8 20,3 20,7 23,025- 9,1- 6,1 3,4--- 28,2 33,8 40,9 44,6--50- 8,2- 6,1 4,1--- 25,7 32,9 40,6 43--Quartzo-Micaxisto- 8,7- 6,1 3,8--- 27,0 33,4 40,8 43,8--Cana BravaMDULO DE ELASTICIDADE - (GPa)IDADE-DIAQuartzito CorumbFLUNCIA ESPECFICA-F(k)(1E-05/MPa)IDADE-DIAMdiaXisto Cana BravaQuartzo-NicaxistoAGREGADOSGnaissePROCEDNCIAMdiaMdiaMdiaMdiaTPO Dmx.LITOLGICO (mm) 2 3 5 7 28 90 365 2 3 7 28 90 180 36538- 6,4- 6,7 6,7--76--- 8,5 8,0 5,6 3,3152i- 9,0- 8,3 7,2 4,1 4,8-- 28,1 34,8 38,5 38,2 42,3152p- 12,1- 11,1 9,6 5,5 5,8-- 26,7 32,3 38,3 38,6 38,6152- 7,7- 2,4 2,5--- 34,4 38,1 42,0 48,3--Metagrauvaca- 8,8- 7,4 6,8 5,1 4,6- 34,4 31,0 36,4 41,7 38,4 40,5Calcrio 19 Braslia- 7,7- 2,4 2,5--- 34,4 38,1 42,0 48,3--Calcrio- 7,7- 2,4 2,5--- 34,4 38,1 42,0 48,3--PROCEDNCIAIDADE-DIA IDADE-DIAMdiaMDULO DE ELASTICIDADE - (1E-05/MPa) (GPa)MdiaAGREGADOSFLUNCIA ESPECFICA-F(k)Metagrauvaca TucuruiTPO Dmx.LITOLGICO (mm) 2 3 5 7 28 90 365 2 3 7 28 90 180 36519 Ilha Grande--- 7,8 5,7---------38 Tucurui-------- 19,9 26,4 32,3 33,5--76 Itumbiara--- 17,3 13,6 5,8--- 9,5 15,7 20,8--152 So Carlos 6,7-- 6,1 3,9 1,8 0,9-- 20,2 27,5 31,7 31,8 36,6Basalto 6,7-- 10,4 7,7 3,8 0,9- 19,9 18,7 25,2 28,7 31,8 36,6Diabsio 50 AHE C. Magalhes--- 8 6,3 4,1--- 12,5 15,9 24,4--Diabsio--- 8 6,3 4,1--- 12,5 15,9 24,4--50--- 44 6,7 4,3--- 14,1 18,2 20,7 21,7-100--- 15,9 8,5 7,9--- 18,7 23,7 25,9 27,7-Basalto Latito--- 30,0 7,6 6,1--- 16,4 21,0 23,3 24,7-25- 17,7- 13,3 6,4---- 30 42,2 44,7 46,5 48,250- 17,7- 13,3 6,5--- 15,3 24,1 41,1 43,2 44,7 44,5100 6,4-- 5,5 3,1-- 20,4- 18,5 29,4 38,8 39,4 38,3Metagrauvaca 6,4 17,7- 10,7 5,3-- 20,4 15,3 24,2 37,6 42,2 43,5 43,719 17,7 17,5 18,5 11,6 9,3-- 8,8 11,9 16,3 20 22,6 24,9 23,750 Serra da Mesa- 11,9- 7,9 7,1 3,4 3,4- 19,6 24,2 25,5 28,6 29,7 30,876 31,8 10,8- 7,2 6,3 3,1 2,7- 18,8 17 22,1 24,7 35,1 36,4100 UHE Lajeado- 5,3- 5- 3,4 3,7-------152--- 5,5 5,4 3,9--- 12,4 16,1 18,3 19,0 19,7Granito 24,8 11,4 18,5 7,4 7,0 3,5 3,3 8,8 16,8 17,5 20,9 23,6 27,2 27,750 UHE Castanho---- 19,5 12,1 11,6-- 4,3 7 8,5 10,3-152 UHE Funil----- 2,6 2,7- 15,7 21,6 25,8 29,3 31,1 34,4Granito/Gnaisse---- 19,5 7,4 7,2- 15,7 13,0 16,4 18,9 20,7 34,4PROCEDNCIAIDADE-DIA IDADE-DIAMdiaBasaltoBasalto Latito UHE PirajAGREGADOSFLUNCIA ESPECFICA-F(k) MDULO DE ELASTICIDADE - (1E-05/MPa) (GPa)MdiaGabro Cana BravaGranitoGranito / GnaisseMdiaMdiaMdiaMdiaTABELA 4.5FLUNCIA E MDULO DE ELASTICIDADEGRUPOI-ROCHASMETAMRFICASGRUPOII-ROCHASSEDIMENTARESGRUPOIII-ROCHASMAGMTICAS94 CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICASTPO Dmx.LITOLGICO (mm) 2 3 5 7 28 90 365 2 3 7 28 90 180 365Granito 38 Serra da Mesa 10,0- 8,7 8,3 6,7-- 1,5- 13,8 17,9 20,4 21,7 24,3Granito 10,0- 8,7 8,3 6,7-- 1,5- 13,8 17,9 20,4 21,7 24,3Gabro 38 Cana Brava 6,3- 5,7- 6,0-- 3,3- 14,9 23,1 28,8 31,1 34,5Gabro 6,3- 5,7- 6,0-- 3,3- 14,9 23,1 28,8 31,1 34,5IDADE-DIAAGREGADOSFLUNCIA ESPECFICA-F(k) MDULO DE ELASTICIDADE - (1E-05/MPa) (GPa)MdiaMdiaPROCEDNCIAIDADE-DIATPO Dmx.LITOLGICO (mm) 2 3 5 7 28 90 365 2 3 7 28 90 180 36538 Cana Brava 6,5- 5,3- 3,2-- 6,9- 19,2 24,8 27,5 29,0 30,776 Balsas Mineiro--- 12,5 12,2 9,2--- 13,0 19,5 20,5 21,3 22,5Cascalho 6,5- 5,3 12,5 7,7 9,2- 6,9- 16,1 22,2 24,0 25,2 26,6IDADE-DIA IDADE-DIACascalhoAGREGADOSFLUNCIA ESPECFICA-F(k) MDULO DE ELASTICIDADE - (1E-05/MPa) (GPa)MdiaPROCEDNCIAParaasaesdelongadurao,compreendendotambmafaseinicialdocom-portamentodoconcretosobtensesdeorigemtrmica,arelaoentreomdulode elasticidade sob carregamento constante mantido (sustained modulus) e o mdulode elasticidade instantneo, foram estabelecidas para as propriedades em pauta eapresentadasnaTabela4.6.Estas relaes, expressas em percentagens, podem ser utilizadas para a anlise docomportamento trmico nas idades de carregamento at 28 dias e tempos de car-regamentoat200dias.Paraaanlisedocomportamentoestruturalasrelaesutilizadasconsideramosinciosdecarregamentoapartirde28diasetemposdecarregamentoat5000dias.GRUPOIII-ROCHASMAGMTICAS(CCR)GRUPOIV-MINERAISEOUTROSCRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS 95T P O D m x .L I T O L G I C O ( m m ) 1 0 1 0 0 2 0 0 1 0 0 0 5 0 0 04 1 2 6 2 2 - - - - - -8 0 5 0 4 7 - - - - - -- - - 7 0 6 6 6 0 5 5- - - 8 6 7 4 6 6 6 13 9 2 4 2 3 - - - - - -7 5 4 3 4 0 - - - - - -- - - 5 7 5 2 4 5 4 0- - - 6 9 5 5 4 6 4 14 2 2 7 2 5 - - - - - -7 5 4 3 4 0 - - - - - -- - - 5 4 4 9 4 2 3 7- - - 7 0 5 4 4 4 3 94 7 3 2 3 0 - - - - - -8 1 5 2 4 9 - - - - - -- - - 6 5 6 1 5 4 4 9- - - 8 0 6 6 5 7 5 14 2 2 9 2 8 - - - - - -8 2 5 1 4 8 - - - - - -- - - 6 7 6 3 5 6 5 2- - - 8 2 6 9 6 0 5 53 9 2 4 2 2 - - - - - -6 4 3 3 3 0 - - - - - -- - - 3 8 3 4 2 8 2 4- - - 5 4 3 7 2 9 2 44 3 2 8 2 6 - - - - - -7 4 4 4 4 1 - - - - - -- - - 5 4 5 0 4 2 3 7- - - 7 0 5 4 4 5 3 94 5 3 1 3 0 - - - - - -8 3 5 4 5 1 - - - - - -- - - 6 9 6 5 5 9 5 4- - - 8 4 7 1 6 3 5 72 9 1 5 1 4 - - - - - -7 2 3 7 3 4 - - - - - -- - - 6 5 6 0 5 4 4 9- - - 8 6 7 5 6 7 6 24 3 2 9 2 8 - - - - - -8 4 5 4 5 2 - - - - - -- - - 7 4 7 0 6 4 6 0- - - 8 8 7 7 6 9 6 53 2 1 7 1 6 - - - - - -7 7 3 9 3 6 - - - - - -- - - 6 2 5 7 5 0 4 6- - - 8 2 6 8 5 8 5 33 7 2 2 2 1 - - - - - -8 0 4 7 4 4 - - - - - -- - - 7 2 6 7 6 1 5 7- - - 8 8 7 8 7 0 6 54 5 3 1 3 0 - - - - - -8 2 5 2 4 9 - - - - - -- - - 6 6 6 1 5 5 5 0- - - 8 1 6 7 5 8 5 23 8 2 3 2 1 - - - - - -7 4 4 3 3 9 - - - - - -- - - 5 8 5 3 4 6 4 1- - - 7 5 6 0 5 1 4 53 9 2 4 2 3 - - - - - -7 3 4 2 3 9 - - - - - -- - - 5 4 4 9 4 2 3 7- - - 7 1 5 5 4 5 4 0Q u a r t z o - Ni c a x i s t o2 5C a n a B r a v a272 89 05 0272 89 09 0Cl o r i t a x i s t o1 0 0 C o r u m b 272 89 0Xi s t o3 8C a n a B r a v a272 89 01 0 0272 81 5 2272 89 01 0 0272 89 02 89 07 6272 89 0Qu a r t z i t o1 9C o r u m b 272 89 03 8271 5 2 S i m pl c i o272 89 07 6 S i m pl c i o272 89 03 8 S a p u c a i a272 89 02 7 An t a272 89 0P R O C E D N C I AI D A D E - D I AI n i c i o d e E n s a i oGn a i s s e1 9 A n g r a d o s Re i s272 89 0A G R E G A D O S%( M d u l o c o mc a r g a ma n t i d a / M d u l o i n s t n t a n e o )( % )TABELA 4.6FLUNCIA E MDULO DE ELASTICIDADEGRUPOI-ROCHASMETAMRFICAST PO Dmx.LI TOLGI CO (mm) 10 100 200 1000 500037 22 20 --- ---71 38 35 --- ------ 49 44 37 32--- 66 49 40 3535 20 18 --- ---68 34 31 --- ------ 44 39 32 28--- 61 44 35 3040 25 22 --- ---79 51 48 --- ------ 76 72 66 61--- 91 83 76 72Cal cr i o 19 Pont e- LagoSul272890152p272890PROCEDNCI AI DADE- DI AI ni ci odeEnsai oMet agr auvaca152iTucur ui272890AGREGADOS%( Mdul ocomcar gamant i da/ Mdul oi nst nt aneo)TempodeCar r egament oGRUPOII-ROCHASSEDIMENTARES96 CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAST PO Dmx.LI TOLGI CO ( mm) 10 100 200 1000 500025 11 10 --- ---67 27 24 --- ---- - - 48 42 35 31- - - 71 53 43 3737 23 22 --- ---79 46 43 --- ---- - - 66 61 55 50- - - 83 69 60 5534 19 18 --- ---76 40 37 --- ---- - - 62 56 50 45- - - 80 66 56 5139 18 16 --- ---93 38 34 --- ---- - - 60 53 44 38- - - 85 63 51 4441 12 11 --- ---99 25 23 --- ---- - - 39 34 28 24- - - 57 40 31 2771 45 42 --- ---113 66 62 --- ---- - - 78 72 63 57- - - 96 77 66 5919 22 20 --- ---37 36 32 --- ---- - - 45 41 34 29- - - 62 45 36 3131 16 15 --- ---57 29 26 --- ---- - - 38 34 30 26- - - 48 38 32 2927 16 14 --- ---60 35 33 --- ---- - - 57 53 47 43- - - 72 63 56 5223 28 26 --- ---44 51 48 --- ---- - - 68 64 57 52- - - 38 30 26 23272890272890272890272890G r ani t o19Ser r adaMesa5076152272890272890Gabr o25CanaBr av a100Basal t oLat i t o 100 UHEPi r aj 272890272890Di absi o 50 UHEC. Magal hes152272890PROCEDNCI AI DADE- DI AI ni ci odeEnsai oBasal t o76I t umbi ar a272890AGREGADOS%( Mdul ocomcar gamant i da/ Mdul oi nst nt aneo)TempodeCar r egament oT PO Dmx.LI TOLGI CO ( mm) 10 100 200 1000 500021 3 2 --- ---68 10 7 --- ------ 26 18 11 9--- 55 28 15 1225 8 7 --- ---71 21 18 --- ------ 41 34 27 24--- 65 44 33 28Gabr o 38 Cana Br ava272890PROCEDNCI AI DADE-DI AI ni ci o de Ensai oGrani to 38 Serra da Mesa272890AGREGADOS% ( Mdul o com carga mant i da /Mdul o i nst nt aneo)Tempo de Carregament oT P O Dm x .L I T OL GI C O (m m ) 1 0 1 0 0 2 0 0 1 0 0 0 5 0 0 03 4 1 9 1 8 - - - - - -7 7 4 0 3 8 - - - - - -- - - 6 1 5 6 4 9 4 5- - - 8 0 6 5 5 5 5 03 4 1 9 1 8 - - - - - -7 1 3 5 3 2 - - - - - -- - - 4 8 4 2 3 5 3 1- - - 6 5 4 8 3 8 3 37 6 Bal s as Mi nei r o272 89 0P ROCE D NCI AI DADE- DI AI ni ci odeEnsai oCa s c a l h o3 8 Ca n a Br a v a272 89 0A G R E G A D O S%( M d u l o c o mc a r g a ma n t i d a / M d u l o i n s t n t a n e o )T e mp o d e Ca r r e g a me n t oGRUPOIII-ROCHASMAGMTICASGRUPOIII-ROCHASMAGMTICAS(CCR)GRUPOIV-MINERAISEOUTROSCRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS 974.2.3.3 RetraoPorSecagemSo a seguir fornecidos os valores das deformaes especficas mdias do concre-to por retrao a serem considerados:Ambienteseco Er = 0,2 x 10-6Ambientemido Er = 0,1 x 10-6Ambientesubmerso Er = 04.2.3.4 PropriedadesTrmicasNa Tabela 4.7, so apresentados valores mdios das seguintes propriedades trmi-cas,distribuidasdeacordocomasuacomposiomineralgica: Difusividade Calorespecfico Coeficientedeexpansotrmica CondituvidadeTABELA 4.7PROPRIEDADESTRMICASDOCONCRETOGRUPOI-ROCHASMETAMRFICAS98 CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICASGRUPOIII-ROCHASMAGMTICASGRUPOIV-MINERAISEOUTROSGRUPOII-ROCHASSEDIMENTARESCRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICAS 99Otipodecimentoaserempregadodeverserdefinidolevando-seemcontaosseguintes aspectos, entre outros:Caractersticas dos agregados a serem empregados, levando em consi-deraoareatividadepotencialcomoslcalisdocimento;Anlisedocomportamentotrmicodasestruturasdeconcretodaobra;Eventual exposio das estruturas a agentes qumicos agressivos:Ocimentoaserempregadodeverserdefinidoapsestudosdequalificaoecaracterizao.Poderoserutilizadosostiposdecimentorelacionadosaseguir,os quais devero satisfazer exigncias das Normas correspondentes:Cimento Portland Comum (CP I-32) - NBR 5732/91CimentoPortlandComposto(CPII-32)-NBR11578/91Cimento Portland Alto Forno (CP III-32) - NBR 5735/91Cimento Portland Pozolnico (CP IV-32) - NBR 5736/91Osrequisitosfsicosequmicosparaessestiposdecimentoestoapresentadosnas tabelas 4.8 a 4.11, onde esto apresentados tambm os mtodos de ensaios eoslimitespreconizadospelasNormascorrespondentes.Exignciasadicionaispoderoserestabelecidasemcasosespecficos,combaseemaspectostrmicosounostiposdeexposiodasestruturas,possibilidadedereaolcali-agregadoentre outros fatores.Outros tipos de cimento portland podero ser empregados aps estudos prvios dequalificaoecaracterizao.Para os fabricantes em condies de fornecer este material para a obra, dever serfeitoumlevantamentodascaractersticastcnicasatuaisdoproduto,tendoemvistaverificaroseuatendimentoaosrequisitosespecificadoseavaliaragarantiaqueosfabricantesoferecemquantouniformidadedaquelascaractersticas.4.3CIMENTO PORTLAND100 CRITRIOS DE PROJETO CIVIL DE USINAS HIDRELTRICASTABELA 4.8ENSAIOSCOMCIMENTOCPI-32PROPRIEDADESDETERMINADAS NORMASDEENSAIO LIMITE NBR 5732/91Massa especfica (g/cm) NBRM23/98 -FinuraResduo na peneira 200 (%) NBR 11579/91 < 12,0Resduo na peneira 325 (%) NBR 12826/93 -rea especfica (cm/g) NBRNM76/98> 2600Tempos dePegaIncio de Pega (h:min) NBR 11581/91 > 01:00