Barragens empregando aço na estrutura suportante principal



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Comitê Brasileiro de Barragens

XXVI Seminário Nacional de Grandes Barragens

Goiânia – GO, 11 a 15 de Abril de 2005

T.97 A09



BARRAGENS EMPREGANDO AÇO NA ESTRUTURA SUPORTANTE PRINCIPAL

José BACALTCHUK Sobrinho


Engenheiro Civil - Bacal, Barragens Ltda.

RESUMO

O que aqui se apresenta é um Projeto para Barragem em Estrutura Metálica constituída de Treliças de Perfis Laminados de Aço Carbono, utilizando a sua alta resistência na seção plena dos perfis. A corrosão é combatida através de Proteção Catódica e Pintura. A face de Montante pode ser em Chapa de Aço ou Parede de Concreto. A Fundação é em Concreto Armado. A Estrutura Metálica é fabricada fora do Canteiro de Obras, o que propicia uma redução substancial no local das obras, no efetivo de Mão de Obra, na Frota de Equipamentos, no Prazo de Construção e entrada em Operação Antecipada, resultando em menor custo final. É recomendada para Implantação em áreas remotas e locais de difícil acesso.

ABSTRACT
A Project of Structural Steel Dam, made of Carbon Steel Frames of Rolled Shapes and Plates, is presented hereinafter, taking advantage of the full Steel Section high Stress capacity. Corrosion is prevented by Cathodic protection and painting. The upstream face can be made of steel plates or a concrete wall. The foundation is in Reinforced Concrete. The Structure is shop fabricated outside the job site, which allows significant savings on Field Temporary Installations, Labor Force, Equipment, Construction Schedule and early Generation Start-up. Therefore, a smaller final Construction Cost is achieved. It is adequate to be Implemented in remote areas, or sites of difficult access.

Dam – Structure - Steel – Frame

1. INTRODUÇÃO


O que aqui se apresenta é uma Concepção de Projeto para a construção de Barragens, empregando Aço na Estrutura Suportante Principal. O Aço Carbono Comum apresenta resistência vinte vezes maior que o Concreto Massa e cinqüenta vezes maior que o Concreto Compactado com Rolo. As Treliças de Estrutura Metálica permitem uma utilização otimizada da seção plena do Perfil Laminado.
Esta Alternativa é recomendada para Implantação em áreas remotas e locais de difícil acesso, como regiões montanhosas.

2. O PROJETO




    1. Estrutura

A
Estrutura Suportante Principal é constituída de Treliças, Arcos, Pórticos, Contrafortes, Abóbadas, Cascas e outros tipos de Estruturas Planas ou Espaciais formadas por Perfis Laminados de Aço Carbono, Vigas, Pilares, Tirantes, Chapas, convenientemente ligados entre si por Solda, Rebites ou Parafusos. Figura 1

FIGURA 1: Barragem em Estrutura Metálica - Seção Transversal Típica


    1. Fundação

Q
uanto às Fundações das Estruturas Metálicas, poderão ser Sapatas Isoladas de Concreto, Blocos de Concreto Isolados ou Conjugados, Radier, Vigas-Parede, Contrafortes, Viga Elástica, Paredes Diafragma, Estacas Metálicas, Estacas Escavadas, Tubulões e outros. Figuras 2, 3 e 4


FIGURA 2: Barragem em Estrutura Metálica

Fundação em Vigas Parede - Seção Típica




FIGURA 3: Barragem em Estrutura Metálica

Fundação sobre Tubulões - Seção Típica
F
IGURA 4: Barragem em Estrutura Metálica, Combinada com

Barragem de Concreto Gravidade - Seção Típica





    1. Fabricação das Estruturas de Aço

Enquanto se desenvolvem os trabalhos de construção das Fundações no campo, paralelamente, as Estruturas de Aço são fabricadas, fora do Canteiro de Obras (em fábrica de Estruturas Metálicas). Isto diminui significativamente o efetivo de Mão de Obra no campo, assim como a frota de equipamentos de terraplenagem.





    1. Face Estanque

O Paramento de Montante, que é Estanque e retém a água do Reservatório, pode ser de Chapas de Aço planas, curvadas ou em forma de casca, calota esférica, elíptica, ou outra forma qualquer ou em Concreto Armado. Se necessário, a Face de Jusante também pode ser em Chapas de Aço, Concreto ou outro material adequado.





    1. Proteção contra corrosão do Aço

Para prevenir a corrosão pode-se usar Proteção Catódica e Pintura adequada. Outrossim, ao invés do Aço-Carbono comum, pode-se usar o Aço do tipo Cor-Ten ou similar, o qual desenvolve uma película externa que protege toda a Estrutura.





    1. Estética

A Barragem em Estrutura Metálica permite ao Projetista obter formas mais agradáveis sob o ponto de vista estético. As Barragens de Enrocamento mostram uma certa aridez na Face de Juzante. É comum as Faces Aparentes das Barragens de Concreto, mesmo pintadas, ficarem com mofo e limo devido à umidade. A Barragem em Estrutura Metálica, adequadamente pintada, permite uma melhor aparência.





    1. Combinação com Barragem de Terra, Terra-Enrocamento, Enrocamento com Face de Concreto

As Barragens em Estrutura Metálica podem ser combinadas com Muros de Concreto seguidos de Barragem de Terra, Terra-Enrocamento ou Enrocamento com Face de Concreto.





    1. Arranjo Geral

A Barragem de Aço permite um Arranjo Geral mais econômico, podendo incorporar no corpo da Barragem as Estruturas de Tomada D’Água, Condutos Forçados, Vertedouro, Desvio do rio, Adufas, Estação de Recalque, Turbinas, Geradores, Ventilação, Escada para Peixes, e outros Equipamentos. Figuras 5 e 6






FIGURA 5: Barragem em Estrutura Metálica

Arranjo Geral - Planta




FIGURA 6: Barragem em Estrutura Metálica

Elevação - Vista de Jusante

3. CONSTRUÇÃO





    1. Canteiro de Obras

Nesta Concepção de Barragem em Estrutura de Aço, o Canteiro de Obras fica reduzido a um mínimo, pois a Fundação fica restrita a uma largura na base, quando muito, igual a altura da Barragem.





    1. Acampamento

Em vista da redução no efetivo de Mão-de-Obra direta, indireta e na Frota de Equipamentos de Construção e Montagem, o Acampamento, Alojamentos, Vila Residencial e toda a Infra-Estrutura de apoio ficam consideravelmente menores.





    1. Ensecadeiras

As Ensecadeiras podem ser de altura menor do que aquelas das Barragens de Terra ou Enrocamento, pois as Fundações de Concreto são galgáveis.





    1. Fundações

A brita necessária para o Concreto pode ser obtida de material rolado no Leito do rio. Uma vez prontas as Ensecadeiras, pode ter início a construção das fundações no leito do rio. A construção das Fundações e a Montagem das Estruturas Metálicas junto às Ombreiras, acima do Nível das Enchentes Normais, pode ser iniciada independentemente do Desvio do rio e da Construção das Fundações na Calha do rio. Isto reduz consideravelmente o Prazo de Construção da Barragem.





    1. Desvio do rio

As Fundações das Estruturas Metálicas permitem que o rio seja desviado passando por entre elas. Durante a construção, o rio pode fluir sobre as Fundações e entre os Vãos Inferiores da Estrutura Metálica Suportante, enquanto prossegue a montagem dos vãos laterais. A Face de Montante, Estanque, em Chapas de Aço, pode ser montada deixando uma abertura na calha do rio, para passagem da água durante a montagem das Estruturas Metálicas.





    1. Montagem

A Montagem das Estruturas Metálicas é uma operação simples e rápida, independente de enchentes e chuvas. Emprega poucos guindastes e reduzido efetivo de mão-de-obra. À medida que as Fundações vão ficando prontas, a Montagem das Estruturas Metálicas pode ter início e prosseguir pelos métodos convencionais com a utilização de equipamentos adequados.





    1. Vedação nas ombreiras e leito do rio

A Estanqueidade da Barragem em Estrutura Metálica junto às Ombreiras e Leito do rio é obtida através da construção de um Plinto (semelhante ao que se usa nas Barragens de Enrocamento com Face de Concreto a Montante).





    1. Proteção contra Corrosão do Aço

Afim de prevenir a Estrutura de Aço contra a Corrosão, além de uma Pintura apropriada, pode-se instalar um sistema de Proteção Catódica, adequado.





    1. Fechamento do rio

Aproveitando convenientemente os Ciclos Hidrológicos, o rio pode ser fechado na época mais adequada da estiagem, mesmo antes de concluída a montagem completa da Estrutura Metálica.

4. COMPARAÇÃO COM BARRAGENS DE TERRA, DE TERRA-ENROCAMENTO E DE CONCRETO
A Concepção de Barragens empregando Aço Estrutural evita uma série de pro-blemas e apresenta diversos benefícios a seguir enumerados:

4.1. Materiais


Na Barragem em Estrutura Metálica os Tramos que compõem as Treliças, estão basicamente submetidos a Forças de Tração ou Compressão. Isto propicia a utilização otimizada da capacidade de carga da Seção Plena dos Perfis de Aço, enquanto que as Barragens do Tipo Gravidade de Terra, Terra-Enrocamento ou Concreto, por Disposições Construtivas, têm grandes massas de materiais empregados, sub-utilizados em sua capacidade de resistência.

4.2 Volumes de Escavações, Aterros, Enrocamentos e Fundações


A Barragem de Aço requer um mínimo de Volumes de Serviços de Escavações, Aterros, Enrocamentos e Fundações. As Barragens do Tipo Gravidade Maciço Homogêneo de Terra, Terra-Enrocamento, Enrocamento com Face de Concreto e mesmo as de Concreto Massa ou Concreto Compactado com Rolo, exigem o manuseio de enormes volumes de materiais. Isto requer grande frota de equipamentos de Terraplenagem e de Transporte.

4.3 Meio Ambiente


O Canteiro de Trabalho das Barragens de Terra e Enrocamento é muito vasto e espalhado em virtude das Áreas de Empréstimo de materiais necessários para os Aterros, Enrocamentos e Áreas de deposição de materiais inservíveis para Aterro. Nem sempre a localização das jazidas de materiais adequados estão próximas do local de lançamento para a construção da obra. Isto exige a construção de estradas de serviço, obras complementares e toda infra-estrutura de apoio, alojamento e vila residencial para o efetivo de mão-de-obra, etc.

4.4. Fundações


A brita necessária pode ser obtida de material rolado no Leito do rio, dispensando a abertura de Pedreiras. A construção das Fundações das Estruturas Metálicas permitem enchentes do rio e galgamento das mesmas.

4.5. Ensecadeiras


Devido ao item acima a altura e volume das Ensecadeiras é bem menor do que nas Barragens de Terra, Terra-Enrocamento e Concreto.

4.6. Frota de Equipamentos de Construção


Devido ao item 4.2 a Barragem de Estrutura Metálica requer mínimo de Equipamento de Construção no local da Obra (Escavadeiras, Tratores, Caminhões, Guindastes, etc....).

4.7. Mão-de-Obra


Na Alternativa de Barragem de Aço, devido ao pequeno volume das Fundações de Concreto e a possibilidade de fabricação da Estrutura Metálica fora do Canteiro de Obras, o efetivo de Mão de Obra Direta, de Supervisão e de Administração no campo, fica reduzido ao mínimo.

4.8. Prazo de Construção


A Barragem em Estrutura Metálica propicia menor Prazo de Construção do que as Barragens de Terra, Terra-Enrocamento ou Concreto. Se comparada com essas Barragens, a de Estrutura Metálica pode oferecer uma redução de um ano, ou até mais de um ano no prazo de Implantação, dependendo do vulto do Empre-endimento.

4.9. Instrumentação


A Treliça Metálica oferece mais facilidade para instalação e observação da Instrumentação de Controle e Segurança da Obra.

4.10. Inspeção


A Barragem em Estrutura Metálica oferece mais facilidade para a Inspeção das Estruturas e da Instrumentação.

4.11. Manutenção


A Treliça Metálica oferece mais facilidade para execução de eventuais reparos e manutenção que se fizerem necessários.

4.12. Fechamento do rio


O fechamento do rio pode ser antecipado porque a construção da face de Montante da Barragem não é necessariamente obrigada a ser executada de baixo para cima, isto é, o rio pode continuar fluindo pelo espaço existente entre as Fundações de Concreto, enquanto que a Estrutura Metálica está sendo montada. A face de Montante, em chapa de Aço, pode ser instalada deixando uma abertura na calha do rio, para passagem da água durante a montagem das Estruturas Metálicas. O rio pode ser fechado na época mais adequada da Estiagem.

5. PRAZO DE CONSTRUÇÃO


Quanto maior o prazo de construção, mais tarde o Empreendimento entra em operação, postergando a entrada de Receitas, tornando maiores os gastos com Juros de Financiamento da Obra. A Construção de Barragens empregando Aço na Estrutura Suportante Principal é indicada para os Empreendimentos cujo prazo de Implantação se constitui num ponto crítico de permanente preocupação em não perder um ou mais Ciclos Hidrológicos para enchimento do Reservatório.
Um Aproveitamento Hidrelétrico com Barragem de Estrutura Metálica e Potência instalada de 1.000 MW, que entre em operação com um ano de antecipação em relação a um similar com Barragem de Terra ou Terra-Encoramento, poderá propiciar uma Receita antecipada estimada em US$ 160 milhões por ano. (Tomando-se o preço de US$ 32,00/MW.hora).

6. RECOMENDAÇÕES


Sugere-se também que as Empresas de Engenharia de Projetos incluam esta Alternativa por ocasião dos Estudos de Viabilidade e que a mesma seja objeto de Licitação, juntamente com as outras Alternativas estudadas, para só então, depois de receber as Propostas de Preços, o Proprietário do Empreendimento eleger a Alternativa selecionada.

7. CONCLUSÃO


A Barragem em Estrutura Metálica, embora possa parecer muito mais dispendiosa, é válida para a Implantação de Empreendimentos em locais de difícil acesso, espaço restrito para Canteiro de Obras e quando se procura diminuir o Prazo de Construção. Permite melhor aproveitamento da alta Resistência dos materiais empregados, implicando em uma redução substancial na quantidade dos mesmos. Desde que a Fundação seja em Rocha Competente e, até certos limites de Altura da Lâmina D’Água do Reservatório, comparando-se com as Barragens de Concreto e Barragens do Tipo Maciço Homogêneo de Terra, Terra-Enrocamento ou Enroca-mento com Face de Concreto, a Barragem de Estrutura Metálica propicia uma redução no Prazo de Construção, uma utilização mais otimizada dos materiais empregados e uma redução substancial no Custo Total do Empreendimento.

8. PALAVRAS-CHAVE


Barragem, Estrutura, Aço, Treliça.



XXVI Seminário Nacional de Grandes Barragens




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