BARRAGEM DA UHE PORTOBELLO
UM EXEMPLO DA UTILIZAcAO DE CCR COMO
FATOR DE OTIMIZACAO DO PROJETO
Luiz Prado Vieira Jr.
Aluisio Pardo Canholi
Claudio Nahas
Joao Carlos Dal Fabro
Jose Roberto dos Santos Vieira
THEMAG Engenharia Ltda
RESUMO
Este artigo apresenta uma descricao dos estudos e trabalhos desenvolvidos
desde o Diagnostico Tecnico-Economico ate os Projetos Basico e Executivo da
Usina Hidreletrica Portobello, empreendimento de iniciativa privada.
Durante os estudos de Alternativas possiveis para o Aproveitamento, definiu-se
como mais atraente aquela de barramento em concreto-gravidade, utilizando-se o
concreto compactado a role (CCR).
0 projeto de barragens em CCR possibilita, em geral, a adocao de solucoes
tipicas tais como: simplificag5o no esquema de desvio do rio, obras de
dissipacao reduzidas, vertedouro em degraus, sem contar as simplificacoes
construtivas, que no conjunto implicam grande economia na obra. Estes aspectos
sao destacados no artigo, em especial a utilizag5o da ensecadeira de jusante
como macigo experimental de CCR, de grande utilidade para as observacoes e
ensaios que subsidiarao a construcao da barragem. Sendo o CCR uma tecnica
ainda pouco difundida no Brasil e dada sua caracteristica de reduzir bastante o
custo das obras, julga-se importante divulgar os estudos realizados e os
resultados obtidos, que podem favorecer a viabilizacao de projetos,
especialmente dos pequenos aproveitamentos da iniciativa privada, dos quail
este a um exemplo.
1. INTRODUCfAO
A Usina Hidreletrica Portobello, empreendimento a ser construido pela Ceramica Portobello S.A., faz pane do
piano de participagao da iniciativa privada no Sistema Energetico Nacional, conforme preve a portaria n2
1474 do Ministerio das Minas e Energia.
A bacia do rio Tijucas, a qua[ pertence o rio Garcia, foi objeto de diversos estudos, desenvolvidos principalmente pela CELESC, a quern pertence a UHE Garcia I, localizada a montante do aproveitamento da UHE
Portobello. Em particular, este ultimo foi objeto de anaiise pela propria CELESC, sob a denominacao de Garcia II.
No infcio de 1.989, apes a obtencao da autorizacao do DNAEE para a elaboracao de projeto, a Ceramica
Portobello S.A. contratou a THEMAG Engenharia Ltda., para desenvolver os estudos pertinentes a
elaboragao do referido projeto. Tais estudos foram divididos em 3 fases:
Diagnostico Tecnico-Economico;
Projeto Basico;
Projeto Executive (em conclusao, atualmente).
0 presente trabaiho visa apresentar as caracterfsticas principais deste Aproveitamento e os condicionamentos que conduziram a alternativa de barramento em concreto compactado a role.
2. DESCRIcAO
Geral
A UHE Portobello localizar-se-a no rio Garcia, um dos formadores do rio Tijucas, a cerca de 45 km a noroeste
de Florianopolis - SC, proximo a localidade conhecida como Morro do Garcia. 0 acesso rodoviario a feito
pela SC-481.
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No Anexo 1, encontra-se uma ficha tecnica com as caracterfsticas principals do aproveitamento.
Finalidades do Aproveitamento
As empresas Portobello, que atuam em diversos segmentos industrials, optaram pela auto-produgao, atraves
da implantagao da UHE Portobello, visando basicamente o fornecimento de energia ao complexo industrial
da Ceramica Portobello, distante do aproveitamento energetico cerca de 40 km e atualmente abastecida pela
subestagao Tijucas.
0 trecho do rio onde se localizara o aproveitamento, possui queda natural de aproximadamente 128 m,
aproveitavel mediante a formagao de reservatorio de acumulagao atraves da implantagao de um barramento
de 41 m de altura, e utilizando o desnfvel natural de 87 m, existente entre o barramento e o canal de raga da
casa de forga.
3. CONCEPQAO DAS OBRAS CIVIS
0 arranjo selecionado para o aproveitamento sera constituido pelas seguintes estruturas principals:
- barragem, a cerca de 5,5 km a jusante da foz do Rio do Engano, com crista na elevagao 199,00 m (de
modo a nao afetar as benfeitorias existentes na localidade de Garcia) e altura maxima de 45,0 m;
- casa de forga, situada a aproximadamente 5 km a jusante da Barragem, aproveitando uma queda
bruta de 127,6 m, com potencia instalada total de 15,0 MW (3 unidades de 5,0 MW);
- adugao:
tomada de agua, encaixada no macigo rochoso corn soleira na elevagao 185,0 m;
tunel de baixa pressao, nao revestido, de 1.790 m de comprimento e segao arco retangular,
diametro igual a 3,00 m;
chamine de equilibrio, com um trecho escavado em rocha, com diametro de 8,00 m, situada na extremidade de jusante do tunel;
conduto forgado a ceu aberto com diametro de 2,10 m e 379,0 m de comprimento.
No Anexo 2 e apresentado o arranjo geral da barragem e das estruturas de adugao.
4. BARRAGEM DE CONCRETO COMPACTADO
Para o barramento foram analisadas as estruturas que melhor se adequassem a disponibilidade de materiais
de construgao, e que permitissern melhor adaptagao das obras de desvio e de extravasao. As variances
analisadas foram:
- barragem de enrocamento com face de concreto, com vertedouro lateral;
- barragem de concreto gravidade, executado pelo metodo de concreto rolado, corn vertedouro
incorporado;
- barragem em arco de dupla curvatura, com vertedouro incorporado.
Na comparagao tecnico-economica das alternativas foram obtidas as seguintes conclusoes:
- A alternativa de barragern de enrocamento corn face de concreto mostrou-se a mais desvantajosa
quando se considera os custos de implantagao do vertedouro e obras de desvio. Alem disso,
provocaria um major impacto ambiental, em face da necessidade de se executar urn volume
substancial de escavagao para a construgao desses obras.
- A alternativa em arco de dupla curvatura permitiria a construgao do vertedouro no corpo da barragem,
implicando porem na implantagao de urn sistema de dissipagao de energia a jusante desta estrutura, o
que oneraria esta solugao.
- A solugao corn barramento de concreto gravidade, permite a incorporagao nessa estrutura de
vertedouro corn dissipagao de energia em escada, com custos reduzidos, tornando-a a mais vantajosa
enconomicamente. Alem disso, a construgao da barragem pelo metodo do concreto rolado permitira a
sua implantagao num prazo menor que as demais.
Dessa forma optou-se pela escolha da alternativa em concreto rolado, corn vertedouro de superficie livre e
dissipagao em escada.
5. DETALHAMENTO EXECUTIVO DO PROJETO
- Obras de desvio
0 esquema de desvio previsto para a construgao da Barragem seguira as seguintes etapas:
a) construgao de um canal de desvio na margem esquerda, cota 156,00 m, no periodo hidrologico
mais favoravel. A sua escavagao sera executada a seco, garantida atraves de septos rochosos
deixados ern suas extremidades.
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b) construgvo de uma galeria de 4,0 m x 5,0 m (20 m2), sob a barragem.
c) fechamento do canal natural do rio, por ensecadeiras, a partir da margem direita e desvio do rio.
Uma vez que o rio Garcia nao apresenta uma sazonalidade muito bern caracterizada em termos da
ocorrencia de cheias, e dadas a duracao e ritmo da obra, a epoca de construcao e a permanencia das
vazoes de cheia, foi adotado um valor de compromisso de 80 m3/s a partir da analise das series hidrologicas
de vazoes diarias. A partir deste valor, definiram-se as cotas de coroamento das ensecadeiras e as
dimensoes da galeria para funcionamento livre.
Este valor foi julgado apropriado principalmente tendo em vista a curta duragao do alteamento da barragem
ate atingir cotas de maior seguranga. Eventualmente, dado o tipo da obra, seria inclusive admissfvel um
"overtopping" das estruturas de concreto, o qual certamente provocaria apenas a interrupgao da obra por alguns dias e danos pouco significativos.
Os Anexos 2 e 3 contem as llustragoes relativas as obras de desvio.
Com relagao as ensecadeiras a serem construfdas para o desvio do rio, a ensecadeira de jusante sera, tal
como a barragem, em concreto compactado a rolo.
A construgao desta ensecadeira como macigo experimental permitira uma serie de verificagoes, de grande
utilidade para a execugao da barragem. 0 Empreiteiro podera realizar a verificagao do desempenho dos
equipamentos a utilizar, a eficiencia dos metodos construtivos, o treinamento da mao-de-obra e a obtengao
de "ritmo" para execugao da barragem, alem de permitir a "aferigao" das planilhas de custos.
Quanto a Projetista, serao de grande valor as observagoes e resultados de ensaios, e determinagoes
relativas as caracter(sticas do material e ao efeito de praticas construtivas no produto final. Em especial,
serao de interesse dados relacionados a densidade, as propriedades mecanicas e elasticas, ao comportamento do CCR a aderencia entre camadas e as caracter(sticas do material quando langado e compactado
com equipamentos ou praticas diversas.
A Fiscalizagao tera a oportunidade de verificar a adequagao da sistematica de controle a ser adotada, e
treinar o pessoal designado para tanto, nas diversas etapas do controle de qualidade.
0 projeto do Macigo Experimental pela Projetista fica aberto as eventuais sugestoes de Empreiteiro e
Fiscalizagao.
No Anexo 4 e apresentado croquis relativo ao macigo experimental da UHE Portobello.
- Barragen a Muros
O arranjo geral selecionado preve uma Barragem do tipo gravidade executada em concreto compactado e corn coroamento na elevagao 199,00 m, apresentando 'aproximadamente 45 m de altura
maxima e 161 m de comprimento na crista, sendo que 60 m correspondem ao Vertedouro de soleira
livre.
Os tratamentos de fundagao previstos consistirao na limpeza rigorosa, injegoes exploratbrias e de
impermeabilizagao, bern como uma cortina de drenagem.
Para a construgao da Barragem serao adotados os equipamentos, metodos construtivos, sistematica
de controle, etc, previamente testados e verificados durante a execugao do macigo experimental (ensecadeira de jusante).
- Vertedouro
O vertedouro, incorporado ao macigo da barragem, possui a ogiva em perfil convencional que continua com uma transigao em degraus de altura variavel de forma a contornar aproximadamente a
curva tebrica; os degraus passam a ter altura constante no trecho correspondente ao daramento inclinado de jusante, ate o pe do vertedouro.
Esta solugao de vertedouro em degraus a bastante apropriada quando se pensa nos aspectos
economico e construtivo dos macigos em CCR. A existencia de uma praga de langamento comum
para barragem e vertedouro sugere a adogao de degraus tendo como altura um multiplo da altura estabelecida para a camada de langamento do CCR. No presente caso adotou-se uma altura de degrau
de 0,90 m (correspondente a tres camadas de CCR). Na regiao da ogiva, incluindo a transigao em
degraus de altura variavel, nao se utiliza o CCR (pela restrigao de espago para os equipamentos
utilizados) mas concreto apropriado ao contato com o escoamento d'Agua, o mesmo que compoe o
revestimento final dos degraus (ver Anexo 6).
0 vertedouro foi dimensionado para a vazao de recorrencia milenar (0 = 597 m3/s), sendo feita a
verificagoo com a decamilenar (Q = 800 m3/s) para a definigao da cota de coroamento da barragem.
Com largura livre na crista de 55,10 m, estabeleceu-se a carga de projeto de 3,0 m; este valor encontra-se dentro da faixa de melhor desempenho de vertedouros em escada (ver ref. [I]).
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A interferencia dos degraus no escoamento ao longo do rapido, provoca um aumento significativo da
dissipagao de energia reduzindo substancialmente a velocidade ao pe do vertedouro e possibilitando a
adogao de bacias de dissipagao reduzidas e portanto mais economicas. Segundo a ref. [1]) a
dissipagao de energia ao longo do vertedouro em degraus seria da ordem de grandeza daquela obtida
numa bacia de dissipagao convenclonal.
No caso em pauta, a ensecadeira de jusante, que tem a importante fungao de servir como macigo experimental para o CCR, deverA atuar como estrutura permanente: dotada de drenos para permitir o es-
coamento das pequenas vazoes diarias polo vertedouro, forga a formagao do um colchao d'agua
durante as vazoes de enchente, que vem favorecer a dissipagao de energia e minimizar os efeitos de
erosao da rocha de fundagao.
0 ponto do vertedouro onde se inicia a entrada de ar na veia Ifquida varia de acordo com a vazao (ref.
[1 ]); corn vazoes pequenas , esta mistura Inicia-se logo nos primeiros degraus e o escoamento segue o
padrao das escadas dissipadoras. A medida que aumenta a vazao este ponto desloca -se para jusante,
o escoamento tendendo ao padrao de vertedouros com perfil convencional e os degraus atuando
como macro-rugosidades, ate que para vazoes superiores a de projeto, a solugao dos degraus deixa
de ser eficiente.
A partir do ponto de entrada de ar, a vela liquida, que vinha se estreitando, passa a expandir-se sob o
efeito da emulsao. Como consequencia a altura dos muros divisbrios tende a aumentar. A bibliografia
existente ou, preferencialmente ensaios em modelo reduzido, indicam a ordem de grandeza desta altura.
6. DESENVOLVIMENTO DE ESTUDOS DO MACICzO EXPERIMENTAL
Tendo por objetivo reduzir custos e prazos de construgao da barragem, foram elaborados diversos estudos
durante as fases de projeto basico e executivo, corn enfase em materiais componentes e metodos construtivos do "CCR". Tais estudos indicaram a necessidade e oportunidade da construgao de urn macigo experimental. Verificou-se ser necessario tal procedimento face a constatagao que o CCR, aplicado a estruturas
hidraulicas, apesar de ter sido objeto de inumeros trabaihos, estudos e pesquisas no Brasil, ainda nao faz
parte do cotidiano da maioria dos projetistas, empreiteiras, laboratorios e entidades de pesquisa.
Sendo assim, alem de especificagoes, desenhos e documentos de licitagao, foram elaborados:
- No tocante a materiais componentes:
programas de ensaios
questionarios as fabricas e fornecedores de aglormerantes
metodologia especlfica de ensaios
- No tocante a misturas para emprego:
programa de estudos de dosagem
projeto de macigo experimental de laboratorio, Incluindo instrumentagao
- No tocante a equipamentos, treinamento de mao-de-obra e metodologia construtiva:
projeto do macigo experimental de campo (ensecadeira de jusante)
detalhamento de sistematica construtiva (desenhos)
relat6rio estabelecendo as diretrizes usuais
A construgao e ensaios do macigo experimental permitirao nao somente a familiarizagao de todos os envolvidos com os processos construtivos, mas tambem a otimizagao da metodologia construtiva, a definigao dos
materiais a empregar e ate da sistemetica de controle. Isto propiciara certamente enconomia de custos e
tempo, mantidos os padroes de qualidade requeridos no Projeto.
No Anexo 7, a representado um fluxograma relativo as atividades principais para a definigao de misturas de
concreto.
7.
REFERENCIAS
-
[1] SORENSEN, R.M. - "Stepped Spillway Hydraulic Model Investigation" - ASCE - Journal of the
Hydraulic Engineering , Vol. 111, NQ 12, Dec. 1.985.
[2] CANHOLI, A.P. ; SERRA, P.C.G. ; BARTH, R.T.; FRANCOSO, N.C.T. - "Aproveitamento Multiplo do
Rio Jequitaf - Otimizagao do Projeto pela Adogao de Alternativa de Barragem em CCR" - XVIII
Seminario Nacional de Grandes Barragens - Foz do Iguagu, Abril, 1.989.
[3] CANHOLI, A.P.; JENSEN, P.J.; KUPERMAN, S. - "Alguns Aspectos de Projeto de Barragens em
Concreto Compactado a R61o" - XVIII Seminario Nacional de Grandes Barragens - Foz do Iguagu,
Abril, 1.989.
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ANEXO 1 - FICHA TECNICA DO APROVEITAMENTO
Area de drenagem ......................................................................................................... 787 km2
Vazao firme .................................................................................................................. 7,16 m3/s
Vazao media ..............................................................................................................17,62 m3/s
Queda bruta nominal ...................................................................................................127,60 m
Potencia firme ................................................................................................................. 7,0 MW
Potencia instalada ...................................................................................................... 15,00 MW
Reservatbrio
- Area .......................................................................................................................... 37 ha
- Volume ............................................................................................................ 5,410 6 m3
Desvio do Rio
- Tipo ................................................................................................................... por adufa
- Vazao de Projeto ................................................................................................. 80 m3/s
Barragem
- Tipo .................................................................. concreto gravidade com crista vertente
- Cota de coroamento .........................................................................................199,00 m
- Altura maxima ......................................................................................................45,00 m
- Comprimento da crista ......................................................................................161,00 m
Volume de Servigos - Barragem /Desvio
- Volume de Escavagao Comum .......................................................................11.000 m3
- Volume de Escavagao em Rocha Fundagao ................................................. 22.000 m3
- Volume Concreto ............................................................................................. 65.600 m3
Vertedouro
- Tipo .....................................................................soleira livre incorporado na barragem
- Vazao de projeto (1.000 anos) .......................................................................... 597 m3/s
- Carga de projeto sobre a soleira ..........................................................................3,10 m
- Cota da soleira ...................................................................................................195,00 m
- Largura livre .........................................................................................................55.10 m
Sistema Extravasor Complementar
- Tipo ..................................................................................................... valvula dispersora
- Vazao de Projeto .............................................................................................. 2,50 m3/s
- Diametro .................................................................................................................0,50 m
Tomada D'Agua
- Tipo ..................................................................................................... gravidade aliviada
- Capacidade .....................................................................................................17,00 m3/s
Tunel de Adugao
- Tipo ................................................................................................segao arco -retangulo
- Dimensoes ............................................................................................. (3,00 x 3,00) m2
Chamine de Equilfbrio
- Tipo .......................................................................................................................... Pogo
- Diametro ................................................................................................................... 8,0 m
- Altura ....................................................................................................................35,80 m
Casa de Forga
- Tipo ................................................................................................................... abrigada
- Numero de unidades ......................................................................................................3
Turbinas
- Tipo ....................................................................................................................... Francis
- Potencia Unitaria ............................................................................................... 5,26 MW
- Queda lfquida nominal ......................................................................................123,50 m
Geradores
- Tipo ...................................................................................... sfncrono de eixo horizontal
- Potencia unitaria ..............................................................................................6,25 MVA.
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