BR112019015361A2

BR112019015361A2 - Vertedor evacuador de cheias para barragens e obras similares que compreendem um dispositivo integrado de aeração do lençol de água a jusante

Info

Publication number: BR112019015361A2
Application number: BR112019015361-6A
Authority: BR
Inventors: Del Rey Franck; Tavares André; Perard Camille
Original assignee: Hydroplus
Priority date: 2017-01-31
Filing date: 2018-01-30
Publication date: 2020-03-10
Also published as: CO2019007901A2; US10815632B2; AU2018216262A1; MX2019009021A; US20190390427A1; FR3062406A1; FR3062406B1; AU2018216262B2; WO2018142059A1

Abstract

a presente invenção refere-se a um vertedor (5) evacuador de cheias para barragens e obras similares que compreende um limite vertedor (6) do qual a crista está situada a um primeiro nível predeterminado (rn) mais baixo do que um segundo nível predeterminado (rm) que corresponde a um nível máximo ou nível das águas mais altas (phe) para o qual a barragem (1) é projetada, a diferença dos ditos primeiro e segundo níveis (rn e rm) correspondendo a uma vazão máxima predeterminada de uma cheia excepcional, e uma eclusa (10) que obtura o vertedor (5), a dita eclusa (10) compreende pelo menos um elemento de eclusa (11) rígido e maciço, que é posicionado sobre a crista (8) e mantido no lugar sobre essa última por gravidade, o dito elemento de eclusa sendo desequilibrado, quando a água atinge um terceiro nível predeterminado (n) mais elevado do que o topo do elemento de eclusa (11), mas no máximo igual ao segundo nível predeterminado (rm). de acordo com a invenção, o dito vertedor compreende por outro lado um sistema de aeração que compreende pelo menos um conduto (20) próprio para encaminhar ar na direção da parte de baixo do jato evacuado pela crista da dita eclusa (11).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para VERTEDOR EVACUADOR DE CHEIAS PARA BARRAGENS E OBRAS SIMILARES QUE COMPREENDEM UM DISPOSITIVO INTEGRADO DE AERAÇÃO DO LENÇOL DE ÁGUA A JUSANTE”. [001] A presente invenção se refere a uma eclusa para obra hidráulica tal como um açude em um rio, vertedor sobre uma barragem ou sobre um dique de proteção que compreende uma estrutura que forma uma parede estanque ou substancialmente estanque à água, instalada sobre a dita obra hidráulica e mantida em cima dela por gravidade, e que pode se retrair de maneira a deixar passar a água sem obstrução, a dita estrutura sendo dimensionada em peso e em tamanho para ser conduzida pela água quando essa última atinge um nível predefinido.

[002] As eclusas desse tipo são bem conhecidas e são instaladas de maneira habitual sobre a crista de um limite disposto transversalmente em um reservatório tendo em vista elevar o nível de água do reservatório a montante do dito limite ou para permitir um aumento da vazão evacuada por ocasião de grandes cheias. Instalados sobre o limite de uma barragem eles permitem elevar o nível de retenção da barragem e/ou melhorar a segurança da dita barragem em relação às cheias. Eles podem também ser instalados sobre o limite do vertedor de um dique que orla um rio e ser destinados a proteger as regiões vizinhas contra as cheias, o vertedor sendo nesse caso instalado sobre o dique em um local escolhido de modo que em caso de cheias, a água é despejada dentro de um reservatório de estocagem temporária ou sobre um terreno escolhido sem perigo para outras regiões próximas do rio.

[003] As eclusas podem ser do tipo não vertedor ou do tipo vertedor a saber que nesse último caso, eles podem deixar passar uma certa quantidade de água por cima de sua crista quando o nível de água

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2/9 a montante da cheia é superior à altura de retenção (órn) da crista e enquanto esse nível da água não ultrapassa uma altura predefinida (Ημαχ). Em todos os casos, as eclusas devem se retrair se o nível da água a montante da eclusa atinge um nível predefinido hwAx por ocasião de uma cheia, a fim de liberar o volume de água que ele retém dentro do reservatório, e de evitar assim uma invasão pela água de regiões vizinhas a montante ou um dano do dique ou da barragem. As eclusas se aplicam em especial a um aterro ou um dique ou uma barragem. O dique pode ser um dique transversalmente a um curso de água, ou um dique lateral ao longo de um curso de água para proteger as terras circunvizinhas contra as cheias. No caso de uma barragem, pode se tratar de qualquer tipo de barragem que cria um reservatório de água, ou de uma barragem secundária associada à barragem precitada.

[004] Em numerosas obras hidráulicas do gênero indicado, é conhecido criar pontos de ruptura privilegiados que em caso de eventos excepcionais, tais como cheias excepcionais que ameaçam a obra de destruição, cedem em locais predeterminados da obra escolhidos para que os estragos causados à própria obra e/ou às pessoas ou aos bens inundados pela ruptura da obra sejam mínimos. Esses pontos de ruptura podem ser constituídos com o auxílio de eclusas posicionadas sobre a crista da parte do dique, do aterro ou da barragem escolhida, ou de um outro sistema que permite a evacuação das vazões necessárias.

[005] Uma tal eclusa compreende pelo menos um elemento de eclusa rígido e maciço que é colocado sobre a crista do limite vertedor e é mantido no lugar sobre esse último por gravidade, o dito elemento de eclusa tendo uma altura de retenção íirn predeterminada e sendo dimensionado em tamanho e em peso para que o movimento das forças aplicadas pela água ao elemento de eclusa atinja para u certo nível predefinido, o momento das forças de gravidade que tendem a manter o elemento de eclusa no lugar sobre o limite vertedor e que em

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3/9 consequência disso o dito elemento de eclusa seja desequilibrado e chassé quando o nível de água a montante da eclusa atinge o nível predefínido Ιίμαχ.

[006] Está claro que para cheias de média importância enquanto o nível da agua não atinge o nível predefinido Ιίμαχ de desequilíbrio da eclusa, que pode ser determinado na prática de modo a ser igual ou mais baixo do que o nível das águas mais altas, a agua pode ser evacuada por eclusas e/ou outros dispositivos dimensionados para as vazões mais correntes, sem que resulte daí uma destruição da eclusa e na sequência sem que o vertedor cesse de ser obturado pela dita eclusa . Em contrapartida, no caso de uma cheia excepcional, o nível da água atinge o nível, predefinido Iimax de desequilíbrio da eclusa e um ou vários elementos de eclusa são automaticamente desequilibrados e chassés pela água sob a ação somente das forças da água, e portanto sem que ima intervenção exterior seja necessária, dando de volta assim ao limite sua plena capacidade de evacuação.

[007] O documento EP 0 493183 assim como a patente EP 0 434 521 B1 descrevem instalações desse tipo.

[008] Por outro lado é sabido que a estabilidade de uma eclusa é função das forças motrizes que tendem a fazer o elemento bascular ou se desestabilizar. As forças desestabilizadoras são o impulso Pam da água sobre a face a montante da eclusa e a subpressão U que é exercida eventualmente sobre a superfície de base da dita eclusa e que é devida à existência de vazamentos eventuais nas juntas de estanqueidade ou ao enchimento da câmara. As forças resistentes, que tendem a estabilizar o elemento de eclusa, são o próprio peso Whf da eclusa, o peso da coluna de água W_e eventualmente presente acima da dita eclusa e o impulso P_av da água sobre a face a jusante da dita eclusa. [009] Quando a eclusa é instalada em uma configuração na qual o nível de água a jusante pode ser grande (de modo perene ou pontual),

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4/9 os sistemas da arte anterior que se referem às eclusas podem ser confrontados às problemáticas de aeração do lençol de água a jusante da dita eclusa.

[0010] A circulação de ar a jusante das eclusas é função de sua geometria, da geometria do limite de daquela do canal no qual a dita eclusa é disposta. Em caso de risco de aeração insuficiente do lençol a jusante da eclusa, que pode provocar a elevação do nível a jusante contíguo às paredes a jusante da dita eclusa até sua submersão, é importante garantir a alimentação com ar necessária para evitar esse fenômeno.

[0011] Assim os principais problemas que a presente invenção resolve podem se resumir aos três objetivos principais seguintes:

°Z garantir um nível de água a jusante das eclusas, tal como previsto por estudos feitos em modelo digital ou por fórmulas existentes na literatura, todos eles considerando o lençol aerado;

2°/ manter e/ou aumentar a segurança de funcionamento própria às eclusas, aumentando para isso a fiabilidade de seu funcionamento, notadamente por ocasião das passagens das cheias excepcionais;

3°/ evitar uma degradação das estruturas (eclusas, limite, canal de restituição, muros laterais) que poderia ser gerada pela presença de uma pressão “negativa” sob o lençol a jusante.

[0012] A fim de atingir esses objetivos, a presente invenção integra, na estrutura da eclusa, um sistema de aeração que compreende pelo menos um conduto próprio para encaminhar o ar na direção do jato evacuado pela crista da dita eclusa. Esse ou esses condutos podem ser constituídos por tubos feitos de metal, feitos de plástico ou outro material adaptado a essa função.

[0013] Se trata-se de uma eclusa fabricada em concreto, esses condutos podem ser aberturas na estrutura, o concreto sendo a matéria

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5/9 que delimita a geometria do sistema de aeração.

[0014] O sistema de aeração compreende pelo menos:

- uma admissão de ar;

- um conduto integrado na estrutura da eclusa.

[0015] A admissão de ar pode ser:

- um canal de aeração no muro lateral e/ou em uma pilha intermediária do limite;

- uma entrada de ar integrada a um poço de alimentação tal como descrito na patente EP 0 434 521 B1;

- um circuito de encaminhamento de ar integrado no limite para alimentar os condutos presentes na eclusa. Nesse caso, uma junta de estanqueidade pode ser disposta entre o limite vertedor (onde repousam as eclusas) e a base da eclusa, em torno da canalização de aeração. No entanto, uma tal junta de estanqueidade não é absolutamente indispensável se, na ausência de junta de estanqueidade, os vazamentos de água entre o elemento de eclusa e o limite vertedor são pequenos.

[0016] A invenção pode ser aplicada tanto ao vertedor de uma barragem existente quanto a aquele de uma barragem em curso de construção.

[0017] A eclusa de acordo com a invenção pode ter diferentes formas. Essas formas foram apresentadas na patente EP 0 434 521 B1. [0018] A invenção tem como objeto um vertedor evacuador de cheias para barragens e obras similares que compreende um limite vertedor do qual a crista está situada a um primeiro nível predeterminado (RN) mais baixo do que um segundo nível predeterminado (RM) que corresponde a um nível máximo ou nível das águas mais altas (PHE) para o qual a barragem é projetada, a diferença dos ditos primeiro e segundo níveis (RN e RM) correspondendo a uma vazão máxima predeterminada de uma cheia excepcional, e uma eclusa

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6/9 que obtura o vertedor, a dita eclusa compreende pelo menos um elemento de eclusa rígido e maciço, que é posicionado sobre a crista e mantido no lugar sobre essa última por gravidade, o dito elemento de eclusa sendo desequilibrado, quando a água atinge um terceiro nível predeterminado (N) mais elevado do que o topo do elemento de eclusa, mas no máximo igual ao segundo nível predeterminado (RM) caracterizado pelo fato de que o dito vertedor compreende por outro lado um sistema de aeração que compreende pelo menos um conduto próprio para encaminhar ar na direção da parte de baixo do jato evacuado pela crista da dita eclusa.

[0019] De acordo com uma característica da invenção, o dito pelo menos um conduto pode ser constituído por tubos feitos de metal, feitos de plástico ou outro material adaptado a essa função.

[0020] De acordo com uma outra característica da invenção, o dito pelo menos um conduto pode ser constituído por aberturas na eclusa que é constituída de concreto, o concreto sendo nesse caso a matéria que delimita a geometria do sistema de aeração.

[0021] Por outro lado, o sistema de aeração compreende pelo menos uma admissão de ar; um conduto integrado na estrutura do eclusa.

[0022] Mais precisamente, a dita admissão de ar pode ser um canal de aeração que desemboca no muro lateral e/ou em uma pilha intermediária do limite vertedor.

[0023] De acordo com uma outra forma de realização a dita admissão de ar pode ser uma entrada de ar integrada a um poço de alimentação.

[0024] Por outro lado, a dita admissão de ar pode ser um circuito de encaminhamento de ar integrado no limite vertedor 6 para alimentar o ou os condutos presentes na eclusa.

[0025] Assim, uma junta de estanqueidade pode ser disposta entre

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7/9 o limite vertedor e a base da eclusa, em torno da canalização de aeração.

FIGURAS DESCRITIVAS [0026] A figura 1 é uma vista geral de um primeiro modo de realização da invenção, quer dizer uma vista em perspectiva que mostra uma obra, tal como uma barragem, e seu vertedor evacuados de cheias equipado com um sistema de aeração de acordo com a invenção;

[0027] As figuras 2a e 2b são esquemas que mostram os fluxos empregados e o princípio de funcionamento de uma eclusa;

[0028] A figura 3 é um esquema em perspectiva de um segundo modo de realização da invenção;

[0029] A figura 4 é um esquema em perspectiva de um terceiro modo de realização da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODOS DE REALIZAÇÃO DA INVENÇÃO [0030] A figura 1 é uma perspectiva de um vertedor 5 evacuador de cheias de acordo com um primeiro modo de realização da invenção. O vertedor é um elemento de construção posicionado geralmente sobre um “limite vertedor de uma barragem. O limite vertedor apresenta uma crista situada a um primeiro nível RN inferior a um segundo nível RM que corresponde a um nível máximo ou nível das águas mais altas (PHE) para o qual a barragem 1 é projetada, a diferença dos ditos primeiro e segundo níveis (RN e RM) correspondendo a uma vazão máxima predeterminada de uma cheia excepcional.

[0031] A figura 1 mostra em detalhe uma eclusa 10 próprio para obturar o vertedor 5. A eclusa pode por exemplo ser construída como descrito na patente EP 434 521.

[0032] A dita eclusa 10 compreende pelo menos um elemento de eclusa 11 rígido e maciço, que é posicionado sobre a crista 8 e mantido no, lugar sobre essa última por gravidade, o dito elemento de eclusa

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8/9 sendo desequilibrado, quando a água atinge um terceiro nível predeterminado (N) mais elevado do que o topo do elemento de eclusa

11, mas no máximo igual ao segundo nível predeterminado RM.

[0033] Como visível na figura 1 a eclusa 10 compreende vários elementos de eclusa 11 justaposto e dispostos através do fluxo principal de escoamento. A figura 1 ilustra elementos de eclusa de formas idênticas que apresentam vários planos principais distintos, aqui cinco planos dos quais três planos são confundidos e dispostos perpendicularmente ao fluxo principal. Os outros planos formam um ângulo (por exemplo de cerca de 45°) com três os planos transversais.

[0034] De modo interessante e para responder aos problemas evocados acima, o vertedor de acordo com a invenção compreende um sistema de aeração que compreende pelo menos um conduto 20 próprio para encaminhar ar na direção da parte de baixo do jato evacuado pela crista da dita eclusa 10.

[0035] A figura 2a ilustra o fluxo, ao nível RN’ quer dizer retido pelo elemento de eclusa 11 enquanto que a figura 2b mostra o jato evacuado acima do nível da crista do elemento de eclusa 11.

[0036] É a jusante da eclusa 10 (ou de cada elemento de eclusa 11) que uma aeração do fluxo dito é operada.

[0037] Para fazer isso pelo menos um conduto 20 é previsto, preferencialmente fixado ou integrado em pelo menos um elemento de eclusa 11. Se o elemento de eclusa é constituído por paredes metálicas então o ou os condutos são fixados sobre a parede a jusante relativamente ao sentido de deslocamento do fluxo. Se o elemento de eclusa for constituído de concreto então uma reserva (ou escavação) pode ser prevista nele a fim de constituir o ou os condutos 20.

[0038] O ou cada conduto 20 é alimentado com ar por uma admissão ou canal 30 que pode ser disposto em vários tocais.

[0039] De acordo com a figura 1, os canais de aeração ou

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9/9 admissões de ar 30 são posicionados lateralmente ao vertedor 5, por exemplo para além do muro de sustentação chamado de muro lateral.

O ou os canais de aeração se conectam ao conduto 20 do modo mais apropriado. Aqui ao nível do limite do muro.

[0040] De acordo com a figura 3, as admissões de ar 30 estão situadas no muro lateral de sustentação.

[0041] No exemplo ilustrativo da figura 4, as admissões de ar são posicionadas em um pilar de sustentação 40 disposto entre dois elementos de eclusa 11.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Vertedor (5) evacuador de cheias para barragens e obras similares que compreende um limite vertedor (6) do qual a crista está situada a um primeiro nível predeterminado (RN) mais baixo do que um segundo nível predeterminado (RM) que corresponde a um nível máximo ou nível das águas mais altas (PHE) para o qual a barragem (1) é projetada, a diferença dos ditos primeiro e segundo níveis (RN e RM) correspondendo a uma vazão máxima predeterminada de uma cheia excepcional, e uma eclusa (10) que obtura o vertedor (5), a dita eclusa (10) compreende pelo menos um elemento de eclusa (11) rígido e maciço, que é posicionado sobre a crista (8) e mantido no lugar sobre essa última por gravidade, o dito elemento de eclusa sendo desequilibrado, quando a água atinge um terceiro nível predeterminado (N) mais elevado do que o topo do elemento de eclusa (11), mas no máximo igual ao segundo nível predeterminado (RM) o dito vertedor caracterizado pelo fato de que compreende um sistema de aeração que compreende pelo menos um conduto (20) próprio para encaminhar ar na direção da parte de baixo do jato evacuado pela crista da dita eclusa (11) .
2. Vertedor de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelo fato de que o dito pelo menos um conduto pode ser constituído por tubos feitos de metal, feitos de plástico ou outro material adaptado a essa função.
3. Vertedor de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelo fato de que o dito pelo menos um conduto pode ser constituído por aberturas na eclusa que é constituída de concreto, o concreto sendo nesse caso a matéria que delimita a geometria do sistema de aeração.
4. Vertedor de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes caracterizado pelo fato de que o sistema de aeração compreende pelo menos:

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- uma admissão de ar (30);

um conduto (20) integrado na estrutura da eclusa (10,11).
5. Vertedor de acordo com a reivindicação 4 caracterizado pelo fato de que a dita admissão de ar (30) pode ser um canal de aeração que desemboca no muro lateral e/ou em uma pilha (12) intermediária do limite vertedor (6).
6. Vertedor de acordo com a reivindicação 4 ou 5 caracterizado pelo fato de que a dita admissão de ar pode ser uma entrada de ar integrada a um poço de alimentação.
7. Vertedor de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 6 caracterizado pelo fato de que a dita admissão de ar pode ser um circuito de encaminhamento de ar integrado no limite vertedor (6) para alimentar o ou os condutos (20) presentes na eclusa.
8. Vertedor de acordo com a reivindicação 7 caracterizado pelo fato de que uma junta de estanqueidade pode ser disposta entre o limite vertedor (6) e a base da eclusa, em torno da canalização de aeração.