Distribuição de Pressões em Vertedouros em Degraus

Autores

Júlio César Olinger, Giorgio Brighetti

Resumo

avanço da tecnologia do concreto compactado a rolo (CCR) na construção de barragens tem possibilitado a construção de vertedouros em degraus com maior altura, sujeitos a cargas hidráulicas e a vazões específicas maiores que as convencionalmente sugeridas para projeto. Conseqüentemente, essa evolução, tem causado preocupação aos projetistas com a possibilidade de cavitação incipiente nos degraus localizados a montante da zona aerada. A cavitação nos degraus do vertedouro está associada à presença de pressões negativas, principalmente, na parte superior do espelho do degrau. A determinação analítica/empírica dessas pressões nos degraus, para escoamentos denominados de -skimming flow-, constitui um problema para o qual a solução não se encontra disponível na bibliografia atual. A falta de critérios de projeto que considerem o risco de cavitação nos degraus conduziu ao estudo sistemático baseado em investigação experimental para a pesquisa da influência das principais variáveis do escoamento na distribuição de pressões ao longo dos degraus. Este trabalho visou a partir dos resultados da pesquisa, o estabelecimento de parâmetros adimensionais que permitem relacionar o número de Froude do escoamento com as pressões em qualquer posição dos degraus. A obtenção dessas relações constitui a principal contribuição deste estudo para a verificação da possibilidade de cavitação incipiente nos degraus na região não aerada do escoamento. Para sua avaliação, a partir dessas relações, basta o conhecimento da vazão específica (q), da velocidade média do escoamento (U), da profundidade do escoamento na posição do degrau considerado (h), da declividade da calha (i) e da rugosidade (k), definida como a altura do degrau normal ao plano da calha. Este projeto teve a contribuição da Financiadora de Estudos e Projetos - FINEP (RECOPE/REHIDRO/SUB REDE 2) na compra do sistema de aquisição de dados e dos transdutores de pressão.

Palavras-chave

Vertedouros em degraus; barragens; distribuição de pressão.

Pressure Distribution in Stepped Spillways

Authors

Júlio César Olinger, Giorgio Brighetti

Abstract

The advance of the use of Roller-Compacted Concrete (CCR-Concreto Compactado a Rolo) in dam-building has made it possible to build higher stepped spillways, subject to hydraulic heads and specific discharges greater than those that have been conventionally suggested for the project. Consequently, this evolution has caused designers to be concerned at the possibility of incipient cavitation on the steps located upstream from the aerated zone. Cavitation on the spillway steps is associated with the presence of negative pressures, especially in the upper vertical part of the step. The analytic/empirical determination of these pressures on the steps for so-called skimming flows constitutes a problem for which there is as yet no solution in the literature. The lack of design criteria that will take the risk of cavitation on the steps into account led to a systematic study based on experimental research to look at the influence of the main discharge variables on pressure distribution along the steps. The purpose of the present study was to use the results of investigation to establish nondimensional parameters that will enable relating the Froude number of the discharge to the pressures at any position on the steps. The main contribution of this study to looking at the possibility of incipient cavitation on the steps in the non-aerated region of the discharge is to find these relations. In order to evaluate this, based on these relations, it is enough to know specific discharge (q), mean discharge velocity (U), depth of discharge in the step position considered (h), flume slope (i) and roughness (k) defined as the height of the normal step in relation to the flume level. This project received the contribution of Financiadora de Estudos e Projetos-FINEP (RECOPE/REHIDRO/SUB REDE 2) to purchase the data acquisition system and the pressure transducers

Keywords

Stepped spillways; dam; pressure distribution