Proposal to use new methods of design and construction in mobile riverbed physical models : the Salto do Paraopeba dam case

Abstract

The study of the interaction between hydraulic structures in mobile bed river systems is complex because it involves sediment transport and dynamic changes in the boundary conditions, requiring the use of physical models. This article presents the procedure for the design and construction of a physical model of the reservoir and dam of the Small Hydroelectric Power Plant (SHPP) of Salto Paraopeba. In the design phase, computational modelling of sediment transport was used to reconstitute the primitive geometry of the river, and simulations of the flow regime and the transport capacity along the course of the river were also carried out; both results allowed to delimit the model extension. Considering the choice of scale and the similarity criteria between the model and the prototype, the use of a new alternative material was proposed, composed of crushed tire rubber particles, with a lower specific mass and a larger diameter than the prototype’s sediment. In the construction phase, a new constructive method of the physical model was applied using fiberglass, the method presents constructive advantages, such as better representation of the morphology, lower weight, simple installation and uninstallation through modules, and simple and fast repairs, among others.

O estudo da interação entre estruturas hidráulicas em sistemas fluviais de leito móvel é complexo pois envolve transporte de sedimentos e mudanças dinâmicas nas condições de contorno, sendo necessário o uso de modelos físicos. Este artigo apresenta o procedimento para o desenho e construção de um modelo físico do reservatório e da barragem da Pequena Central Hidroelétrica (PCH) de Salto Paraopeba. Na fase de desenho, foi utilizada a modelagem computacional de transporte de sedimentos para a reconstituição da geometria primitiva do rio, também foram realizadas simulações do regime do escoamento e da capacidade de transporte ao longo do curso do rio; ambos os resultados permitiram delimitar a extensão do modelo. Considerando a escolha da escala e os critérios de semelhança entre o modelo e o protótipo, foi proposto o uso de um novo material alternativo, composto por partículas de borracha de pneu trituradas, de massa específica menor e diâmetro maior do que o sedimento do protótipo. Na fase de construção, foi aplicado um novo método construtivo do modelo físico empregando fibra de vidro, o método apresenta vantagens construtivas como melhor representação da morfologia, menor peso, instalação e desinstalação simples mediante módulos, e reparações simples e rápidas, entre outras.