Utilização de pilares de vertedouros com seção variável para redução de processos erosivos a jusante de estruturas hidráulicas

Abstract

Resumo: A dissipação de energia resultante do escoamento de vertedouros está entre os assuntos que mais requerem atenção no projeto, construção e operação de obras hidráulicas. O planejamento inadequado dos dissipadores pode gerar problemas como fossas de erosão demasiadamente profundas, formação de barra de blocos, que pode causar o aprisionamento de peixes ou interferir na operação de aproveitamentos hidrelétricos, danos nas margens e estruturas próximas do aproveitamento, ou até mesmo danos à própria barragem. Convencionalmente, a dissipação de energia é realizada por meio de alternativas já conhecidas na engenharia, e que dependem de características técnico-econômicas do aproveitamento. Entretanto, soluções relativamente recentes vêm se destacando pela sua aplicação frequente, sobretudo na China, país que construiu diversos aproveitamentos hidrelétricos nas últimas décadas. Dentre essas soluções destacamse os flaring piers, que são alargamentos implantados nos pilares de vertedouros, técnica ainda pouco explorada em outros países. A presente dissertação de mestrado tem por objetivo avaliar o funcionamento dos flaring piers através de ensaios realizados em modelo hidráulico reduzido, que consiste em um canal horizontal com fundo móvel erodível. Na saída de uma estrutura de descarga foram acoplados os pilares, a jusante dos quais formou-se o ressalto hidráulico. Foram variados os parâmetros geométricos de nove alternativas de flaring piers que foram comparadas com uma alternativa de pilar convencional (sem alargamento). Observou-se o padrão do escoamento dos ensaios, o comprimento aparente do ressalto hidráulico, as características da fossa de erosão formada, além do controle hidráulico que o alargamento dos pilares eventualmente exerce. O presente estudo confirma a alteração no padrão do escoamento efluente de flaring piers, e indica ser possível a redução do comprimento de bacias de dissipação de aproveitamentos hidráulicos, quando da utilização de flaring piers. Ressalta-se a importância em se aprofundar os estudos sobre essas estruturas, sobretudo no que tange à possível redução na capacidade de descarga de vertedouros. Palavras-chave: Dissipação de Energia. Erosão a Jusante de Vertedouros. Pilares Alargados. Flaring Piers. Modelo Hidráulico Reduzido.

Abstract: The energy dissipation resulting from the discharge of spillways is among the subjects that most require attention in the design, construction and operation of hydraulic structures. Improper design of energy dissipators can generate problems such as erosion trenches that are too deep, block bar formation, which can cause fish trapping or interfere with the operation of hydroelectric power plants, damage to the banks and nearby structures, or even own dam. Conventionally, the energy dissipation is carried out by means of alternatives already known in the engineering, and that depend on technical-economic characteristics of the use. However, relatively recent solutions have been notable for their frequent application, especially in China, which has built several hydropower plants in recent decades. Among these solutions are the flaring piers, which are enlargements implanted in the piers of spillways, a technique still not well explored in other countries. This dissertation aims to evaluate the functioning of the flaring piers through tests carried out in a reduced hydraulic model, which consists of a horizontal channel with mobile erodible bottom. At the outlet of a discharge structure were attached the piers, downstream of which formed the hydraulic jump. The geometric parameters of nine flaring piers alternatives were varied that were compared with a conventional alternative (without enlargement). The flow pattern of the tests, the apparent length of the hydraulic jump, the characteristics of the formed erosion pit, and the hydraulic control that the piers eventually performed were observed. The present study confirms the change in the flow pattern of effluent flaring piers, and indicates that it is possible to reduce the length of stilling basin for hydraulic structures when using flaring piers. It is important to emphasize the studies on these structures, especially with regard to the possible reduction in the discharge capacity of spillways. Keywords: Energy Dissipation. Scour Downstream if Spillways. Flaring Piers 3. Hydraulic Model.