Análise das pressões médias ao longo do sistema extravasor da UHE Foz do Chapecó

Abstract

O sistema extravasor de um barramento é um componente de segurança com a finalidade de escoar, de forma controlada, o excesso de água proveniente de eventos de cheia. Devido à elevada carga energética do escoamento sobre esse componente, faz-se necessária a utilização de algum mecanismo de dissipação, sendo, comumente, empregado o ressalto hidráulico sobre a bacia de dissipação. Contudo, ainda que seja bem dimensionado, o sistema extravasor pode ser submetido a esforços hidrodinâmicos extremamente intensos e variáveis, podendo acarretar avarias estruturais. Dessa forma, torna-se importante prever os esforços que estas estruturas deverão suportar. O objetivo do presente trabalho foi o desenvolvimento de uma metodologia para estimar as pressões médias no sistema extravasor da UHE Foz do Chapecó, com uma bacia de dissipação inclinada, em condições de formação de ressalto, com diferentes graus de submergência. No estudo foram usados dados de pressão média coletados, com piezômetros, em ensaios realizados em um modelo físico parcial e reduzido do sistema extravasor da UHE Foz do Chapecó. Foram ensaiadas quatro vazões diferentes, cada uma com uma condição de escoamento livre e três condições com formação de ressalto hidráulico em diferentes graus de submergência (S=1, 1,2 e 1,4), totalizando 16 combinações. Nos ensaios sob condições de escoamento livre foram medidas as lâminas d’água médias, para cada vazão, usando pontas linimétricas. A metodologia proposta baseia-se na estimativa das pressões médias a partir da perspectiva de sobreposição de efeitos. Assim, assume-se que a pressão média atuante na estrutura (Pméd (total)) resulta da adição de duas componentes: uma proveniente do escoamento livre (Pméd (EL)) e outra da formação do ressalto hidráulico (Pméd (RH)). De forma geral, os resultados demonstraram que a metodologia proposta apresenta melhores estimativas para as menores vazões ensaiadas, bem como, para o grau de submergência de 1,2. Além disso, verificou-se que ao longo do vertedouro e da bacia de dissipação, houve uma melhor aderência entre os dados medidos e calculados, em comparação com a região da soleira terminal.

The spillway system of a dam is a safety component designed to release, in a controlled manner, the surplus water from flood events. Due to the high energy imposed by the flow on this component, a dissipation mechanism becomes necessary, with the hydraulic jump stilling basin being a commonly employed solution. However, even if it is correctly designed, the spillway system can be subjected to extremely intense and variable hydrodynamic forces, which can lead to structural damage. Therefore, the estimation of the forces that these structures must withstand is important. In this context, the objective of this study was to develop a methodology to estimate the average pressures on the spillway system of the Foz do Chapecó Hydropower Plant, with a sloping stilling basin, under hydraulic jump conditions, with different degrees of submergence. Average pressure data collected with piezometers in tests conducted on a partial and reduced physical model of the Foz do Chapecó Hydropower Plant spillway system were used. Four different flow rates were tested, each one with a condition of supercritical free flow (no downstream control) and three conditions of hydraulic jump occurrence at different degrees of submergence (S=1, 1,2, and 1,4), resulting in 16 combinations. In the tests under supercritical free flow conditions, average water depths were measured for each flow rate using point gauges. The proposed methodology is based on the estimation of average pressures from the perspective of the superposition of effects. Thus, it is assumed that the average pressure acting on the structure (Pméd (total)) results from the summation of two components: one from supercritical free flow (Pméd (EL)) and another one from the hydraulic jump (Pméd (RH)). In general, the results showed that the proposed methodology provides better estimates for the lower tested flow rates, as well as for the submergence degree of 1,2. Additionally, it was found that along the spillway and the dissipation basin, there was better agreement between measured and calculated data when compared to the end sill region.