Análise de rugosidade e perda de carga em um túnel escavado em rocha com piso revestido em concreto

Abstract

Resumo: Este trabalho apresenta uma análise de perdas de carga em túneis de adução através de diferentes métodos de estimativa de rugosidade de rocha, em conjunto com métodos de composição de rugosidades. O estudo foi realizado num túnel de adução de uma usina localizada no Peru, com aproximadamente 14 km de comprimento e cuja seção arco-ferradura possui o piso revestido em concreto. Todas as análises foram realizadas numericamente com base em medições obtidas através de um escaneamento a laser, onde o valor de perda de carga calculado foi comparado ao valor de perda de carga medido durante operação da usina. Dentre os métodos de estimativa de rugosidade, o de Colebrook, Wright e IBA apresentaram melhores resultados, com a perda de carga resultando abaixo de 20% do valor medido. Já em relação aos métodos de composição de rugosidades, os resultados apresentaram pouca dispersão entre si, com todos os coeficientes de variação resultando abaixo de 6%. Frente à gama de resultados obtidos e ao grande montante que a perda de carga representa na vida útil de uma usina hidrelétrica, ficou nítida a importância de definir uma metodologia para estimar a rugosidade de túneis escavados em rocha com piso revestido em concreto, onde as informações apresentadas neste trabalho dão grande subsídio para futuros projetos. Palavras-chave: Perdas de carga. Rugosidade hidráulica. Composição de rugosidades. Rugosidade de túneis. Coeficiente de Manning.

Abstract: This paper presents an analysis over a hydroelectric adduction tunnel head loss, using different methods to determine the tunnel roughness in parallel with methods to compose different roughnesses. The study was conducted on a Peruvian hydroelectric power plant adduction tunnel, with approximately 14 km length and a lined-invert horseshoe cross section. All analysis where mathematically developed based on measurements obtained through a laser scan, where the calculated head loss value was confronted with the head loss measured at the power plant during operation. From all tunnel roughness estimation methods, Colebrook's, Wright's and IBA presented the best results, with head losses resulting fewer than 20% of the measured value. In relation to the composition methods, all results presented low dispersion with coefficients of variations fewer than 6%. Considering the results and the impact that the head loss can represent at the hydroelectric power plant lifespan, it became clear the importance of defining a methodology to estimate the hydraulic roughness of lined-invert rock tunnels. Therefore, all information presented here can contribute for future projects. Key-words: Head loss. Hydraulic roughness. Roughness composition. Tunnel roughness. Manning coefficient. Lined-invert tunnel roughness.