Proposição de diretrizes para dimensionamento de estruturas de dissipação de energia do escoamento: contribuição para mitigação de danos e perdas em regiões de geomorfologia complexa sujeitas a desastres hidrológicosGuidelines to design energy dissipation structures: contribution to mitigate damages and losses in complex geomorphology regions subjected to hydrological disaster

Resumo

As estruturas de dissipação de energia do escoamento (EDE) são fundamentais para prevenir a erosão e a degradação ambiental, bem como a ruptura de infraestruturas na sequência de eventos hidrológicos extremos. Este trabalho analisa diferentes soluções para dissipação de energia do escoamento, assim como os respectivos critérios de dimensionamento das estruturas, geralmente, localizadas a jusante de bueiros (culverts) que atravessam as vias de comunicação (e.g. estrada, caminho de ferro), em alguns trechos de canais (naturais ou artificiais), nas encostas íngremes, nos sistemas de rega e nos vertedores de barragem. Realizou-se uma profunda revisão bibliográfica para sintetizar o conhecimento disperso e construir um procedimento integrado – baseado nas características do escoamento e do meio ambiente – para avaliar a necessidade, selecionar e dimensionar EDE. Foram estabelecidos os domínios de aplicação das estruturas mais adequadas para diferentes condições de escoamento e características biofísicas do território (em termos da geomorfologia), atribuindo ênfase às situações de orografia complexa. Em situações de acentuada declividade das encostas e dos canais do escoamento, a solução mais adequada é aquela que evita (ou atenua significativamente) a ocorrência do escoamento em regime supercrítico. Nesse tipo de solução, incluem-se as estruturas de queda abrupta e em degraus, pois estas permitem regular a declividade, de modo a evitar trechos de aceleração além de dissiparem a energia do escoamento ao longo das quedas sucessivas. Este trabalho constitui uma ferramenta útil para os organismos públicos reguladores com responsabilidade na área de aprovação e fiscalização de projetos de infraestruturas, ordenamento do território e planejamento ambiental, assim como para os projetistas vocacionados para concepção e execução de projetos de infraestruturas de engenharias civil, ambiental e agronômica.

Abstract

Energy dissipation structures are essential to prevent erosion and environmental degradation as well as the breakdown of infrastructure during extreme hydrological events. This work analyzes the different solutions for the flow energy dissipation, as well as their criteria for design of structures, usually located downstream of culverts (culverts) crossing the communication routes (e.g. road, railway)in some channel(natural or artificial) sections in irrigation systems and dam spillways. Starting from the definition of the applicability of energy dissipaters (EDE), and design criteria, we propose a procedure that evaluates the need for implementation of EDE, select the appropriate type of structure, and design the structure. The research led to the description of the fields of application of the most appropriate structures for different flow and land (in terms of geomorphology) conditions giving emphasis on complex terrain situations. The combined assessment of different structures analyzed with geomorphological conditions of the regions, shows that in situations of steep slopes of the hill slopes and outlets the appropriate solution is the one that avoids (or reduces significantly) the occurrence of supercritical flow. This type of solution includes the drop structures and stepped spillways as they allow the regularization of channel slope avoiding acceleration and dissipate the flow energy. This work serves essentially as a useful tool for public regulators with responsibility in the area of approval and supervision of infrastructure projects, land use and environmental planning as well as for practitioners on the area of civil engineering, environmental and Agronomic projects.