COMITÊ BRASILEIRO DE BARRAGENS XXV SEMINÁRIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS SALVADOR, 12 A 15 DE OUTUBRO DE 2003

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T92 - A28

ASPECTOS DE PROJETO E CONSTRUÇÃO DA ENSECADEIRA DE JUSANTE PARA IMPLANTAÇÃO DA CASA DE FORÇA DA

UHE DE SANTA BRANCA-SP

Paulo César da Rocha Coelho José Carlos Dalla Greppe

PROMON ENGENHARIA LTDA

RESUMO O presente trabalho apresenta aspectos de projeto e construção da ensecadeira de jusante para a implantação da Casa de Força da UHE Santa Branca, localizada no rio Paraíba do Sul, no estado de São Paulo. Destacam-se no trabalho, os condicionantes de projeto considerando as obras existentes, detalhes de projeto, aspectos da construção e as intervenções necessárias nas fases de enchimento e remoção da ensecadeira. A solução de projeto adotada, consistiu da implantação de uma ensecadeira com placas pré-moldadas de concreto (tipo stop-log) apoiadas em contrafortes de aço. ABSTRACT The following work presents design and construction aspects of the downstream cofferdam for the implementation of the Power Station of the Hydroelectric Power Plant Santa Branca, located in the Paraíba do Sul river, in São Paulo state. The project conditions, its details, its construction aspects and the necessary interventions in the stages of filling up and cofferdam’s removal excel in the work. The chosen design solution consisted of the implementation of a cofferdam with previously molded concrete (stop-log type) supported by steel buttresses.

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1 - INTRODUÇÃO A UHE Santa Branca tem sua origem na construção da barragem situada no trecho superior do Rio Paraíba do Sul, no Estado de São Paulo. Concebida na década de 50 com a finalidade de regularizar as vazões daquele rio, a barragem foi concluída em 1960. Desde sua concepção inicial, o projeto da Barragem de Santa Branca já previa a instalação de uma Casa de Força, que complementarmente a regularização de vazões, aproveitaria o potencial de geração de energia no barramento. Assim é que, à época de construção da barragem, já foi implantada uma Tomada d’Água, um Túnel Adutor e já foi preparado e pré-escavado o local da Casa de Força. O Túnel Adutor foi também utilizado para, através de um desvio, implantar-se um descarregador de fundo provido de três válvulas dispersoras que operavam em complementação ao Vertedouro de superfície existente. Em 1997, a Light decidiu motorizar o barramento e dimensionou a Casa de Força com 57MW. Para implantação da Casa de Força, Subestação, recuperação estrutural do Vertedouro, Tomada d’Água e Túnel Adutor, e recuperação e proteção das ombreiras da Barragem, foi formado um consórcio entre a IMPSA S.A, a Promon Engenharia Ltda. e a Cartellone do Brasil Ltda., que executaram todas as fases do empreendimento por intermédio de um contrato na modalidade “turn-key”. Ao final do trabalho, apresenta-se a foto geral da usina com todas as estruturas implantadas nas duas fases de construção. Apresenta-se abaixo alguns dados técnicos da usina: • Curso d’ Água Rio Paraíba do Sul • Municípios Principais Jacareí e Santa Branca • Potência Final Instalada 57 MW • Energia Média Anual 270 GWh • Vazão Máxima Turbinável 150m3/s • Queda Líquida Máxima 44,50m • Nível d’Água Máximo Normal 622m • Nível d’Água Mínimo Normal 605m

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• Barragem

Maciço Homogêneo de Terra Altura Máxima 50m Comprimento da Crista 320m

• Unidades geradoras

Quantidade 2 Tipo da Turbina Kaplan Potência Unitária 28.5 MW

• Tomada d’ Água

N° de Comportas 2 Tipo de comporta Vagão

• Vertedouro

N° de Vãos 2 Tipo de Comporta Segmento Vazão de Projeto 1.300m3/s

• Túnel Adutor

Diâmetro do Túnel 8m Comprimento do Túnel 280m

• Casa de Válvulas Quantidade de Válvulas 3

2 – CONDICIONANTES DE PROJETO DA ENSECADEIRA Na primeira fase de implantação da barragem, na década de 50, foram construídas a Barragem de Terra, o Vertedouro, a Tomada d’Água, o Túnel de Adução e a Casa de Válvulas com a função de controlar e regularizar as vazões do Rio Paraíba do Sul. Para posterior implantação da Casa de Força foram executadas, junto a Casa de Válvulas, escavações preliminares na área de implantação da estrutura, dois muros laterais e um muro de montante onde desemboca o Túnel Adutor e que teve esta extremidade tamponada com uma calota metálica durante o período em que o túnel serviu apenas às Válvulas Dispersoras. Conforme pode ser observado nas Figuras 1 e 2 a seguir, o muro lateral direito é divisório entre a Casa de Válvulas e o local da Casa de Força.

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FIGURA 1 – Complementação da escavação na área da Casa de Força - vista de montante. No lado direito vê-se a cobertura da Casa de Válvulas.

FIGURA 2 – Complementação da escavação na área da Casa de Força. No

lado esquerdo vê-se a Casa de Válvulas Dispersoras. A direita, no fundo vê-se o muro de montante com a calota metálica do túnel protegida parcialmente por

um tapume de madeira, durante a fase de escavação.

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O canal de jusante com cerca de 57m de largura, foi projetado para receber a descarga das Válvulas Dispersoras e das turbinas da Casa de Força. Desta forma seria inviável executar a ensecadeira da Casa de Força neste canal, considerando que as Válvulas Dispersoras deveriam entrar em operação em alguns períodos durante a implantação da Casa de Força, quando o nível do reservatório estivesse abaixo do nível da soleira do vertedouro. Conseqüentemente, restou a alternativa de se implantar a ensecadeira entre os muros de concreto existentes. Nesta região, a proximidade com a estrutura da Casa de Força obrigava a adoção de uma ensecadeira que tivesse pequena dimensão de base e que pudesse ser removida sem a necessidade de detonação. A Figura 3 a seguir apresenta o arranjo geral da Casa de Força, com a ensecadeira localizada na extremidade de jusante dos muros laterais.

FIGURA 3 – Localização da Ensecadeira

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3 - CONCEPÇÃO DE PROJETO DA ENSECADEIRA Considerando os condicionantes descritos no item 2, o projeto da ensecadeira consistiu de uma estrutura composta de placas pré-moldadas de concreto (tipo stop-log) encaixadas em perfis verticais de aço (perfil soldado H), apoiados em outros perfis de aço, constituindo-se em contrafortes ancorados na rocha de fundação. Nas extremidades, junto aos muros laterais, as placas pré-moldadas foram apoiados em perfis de aço chumbados nos próprios muros de concreto (figuras 4 e 5).

FIGURA 4 – Detalhe dos contrafortes de aço e pré-moldados

FIGURA 5 – Detalhe dos contrafortes de aço e pré-moldados

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4 – DETALHES DE PROJETO Apresenta-se na Figura 6, o detalhe em planta da ensecadeira com a locação da mesma relativamente a parede de jusante da Casa de Força e a locação dos dez contrafortes de aço .

FIGURA 6 – Planta da ensecadeira

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Na figura 7 (corte A), apresenta-se uma seção transversal dos contrafortes, com o detalhamento dos perfis de aço, blocos de fundação e barras de ancoragem. No detalhe 5 desta figura apresenta-se uma ligação típica aparafusada que possibilitará a remoção parcial dos perfis de aço.

FIGURA 7 –Seção transversal do contraforte e detalhes

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Na Figura 8 (corte B em elevação), apresenta-se a seção transversal com a identificação das placas pré-moldadas e detalhes dos apoios nos muros laterais. No detalhe 9 (em elevação) e corte D (em planta), apresenta-se a vedação entre as placas pré-moldadas, com utilização de borracha com dimensões de 1,0cm de espessura e 5,0cm de largura. No detalhe 1, apresenta-se detalhes dos elementos de apoio nos muros laterais bem como dos elementos fixados aos perfis verticais (cantoneiras) e placas pré-moldadas (chumbadores de expansão e fita de borracha) que tiveram a finalidade de proceder a compressão inicial entre o perfil e a placa pré-moldada.

FIGURA 8 – Seção transversal – encontro com os muros e detalhes

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5 – ASPECTOS CONSTRUTIVOS Para viabilizar a execução da ensecadeira no local definido, durante um curto período seco em que as Válvulas Dispersoras puderam ficar inoperantes, foi executada uma pré-ensecadeira de rocha e solo no canal de jusante. Durante este período, as vazões foram descarregadas apenas pelo Vertedouro. A seqüência construtiva da ensecadeira consistiu de: • Construção da pré-ensecadeira de rocha e terra; • Esgotamento da área ensecada; • Limpeza da área; • Ancoragem em rocha dos chumbadores dos blocos de concreto de

fundação da ensecadeira; • Concretagem dos blocos; • Execução de concreto de regularização entre os blocos; • Execução de cortina de vedação sob a ensecadeira; • Montagem dos contrafortes; • Colocação das placas pré-moldadas; • Abertura das válvulas dispersoras para enchimento do trecho ensecado

entre a pré-ensecadeira e a ensecadeira; • Controle das infiltrações existentes; • Remoção da pré-ensecadeira; Apresenta-se a seguir algumas ilustrações nas fases de construção da ensecadeira, implantação da Casa de Força e remoção da ensecadeira. 5.1 – FASE DE CONSTRUÇÃO DA ENSECADEIRA Nas Figuras 9 e 10 são mostradas a descida do pré-moldado nos perfis de aço e a ensecadeira concluída

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FIGURA 9 – Descida do pré-moldado nos perfis de aço

FIGURA 10 – Ensecadeira concluída. Vista de jusante para montante

5.2 – FASE DE ENCHIMENTO A JUSANTE Durante o enchimento observou-se a ocorrência de infiltrações em algumas juntas entre os pré-moldados e nos apoios junto aos muros laterais.

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Estas infiltrações ocorreram devido a existência de algumas irregularidades na superfície das placas pré-moldadas, apesar da utilização da borracha de vedação. A solução adotada para reduzir as infiltrações, consistiu da aplicação de resina epoxídica na face em contato com a água, com ajuda de mergulhadores (Figuras 11, 12 e 13)

FIGURA 11 – Início do enchimento da área entre a ensecadeira e a pré-ensecadeira

FIGURA 12 – Infiltrações após o enchimento

FIGURA 13 – Serviços de vedação das infiltrações

5.3 – FASE DE CONSTRUÇÃO DA CASA DE FORÇA Durante a fase de implantação da Casa de Força, permaneceram algumas pequenas infiltrações entre os pré-moldados. Para coletar estas infiltrações, foi executada uma pequena mureta de blocos de concreto próxima ao pé da ensecadeira, de forma a impedir o escoamento para a região das obras da Casa de Força. O volume de água coletado era bombeado para jusante (figuras 14 e 15).

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FIGURA 14 – Pequenas infiltrações entre os pré-moldados. Observar mureta

próxima ao pé da ensecadeira.

FIGURA 15 – Fase de construção da Casa de Força

5.4 – FASE DE REMOÇÃO DA ENSECADEIRA A remoção da ensecadeira foi realizada na seguinte seqüência: • Fechamento dos stop-logs do tubo de sucção da Casa de Força; • Enchimento da área entre os stop-logs e a ensecadeira; • Remoção dos chumbadores de fixação das placas pré-moldadas nos

contrafortes, com utilização de mergulhadores;

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• Retirada das placas pré-moldadas (Figura 16) por meio de guindastes

posicionados na plataforma do tubo de sucção; • Retirada dos contrafortes de aço com a remoção prévia dos parafusos de

ligação dos perfis junto aos blocos de concreto na fundação.

FIGURA 16 – Retirada das placas pré-moldadas, após o enchimento da área

entre a ensecadeira e os stop-logs do tubo de sucção.

FIGURA 17 - Obra da Casa de Força Concluída

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FIGURA 18 – Vista geral da Usina

6 - CONCLUSÃO A ensecadeira, projetada e construída conforme descrito neste trabalho, propiciou com sucesso a construção da Casa de Força (ver Figuras 17 e 18 do empreendimento).