MODIFICACAO DA FILOSOFIA OPERACIONAL DO VERTEDOR DA UHE XINGO ANTONIO EURIDES CONTE - Promon Engenharia Ltda.
CASSIO GUIDO MARCHETTI - Promon Engenharia Ltda.
ALBERTO JORGE C.T. CAVALCANTI - Companhia Hidro Eletrica do Sao Francisco.
PAULO ROBERTO JUREMA DUTRA - Companhia Hidro Eletrica do Sao Francisco.
RESUMO: Apresentam-se neste trabalho a filosofia e as premissas que nortearam a modificag5o dos critenos do projeto basico do vertedor de Xingo e o decorrente reflexo economico. 0 Vertedor de Xingo tem duas caihas vertentes, com seis vaos de comportas cada uma, com capacidade para descarregar a vazao total de 33.000m'/s, correspondente a situacao decamilenar de projeto. Uma mudanga na forma de operar as doze comportas disponiveis, associada a grande capacidade de amortecimento de cheias do reservatorio de Sobradinho a montante, permitiu a adorao de uma solugao mais economica para a calha esquerda do vertedor que sera revestida com concreto, apenas parcialmente. Esta calha somente funcionara a partir de uma situag5o
considerada emergencial, quando se configurarem eventos hidrologicos superiores a 225 anos de periodo de retomo.
INTRODUCAO
Desde a epoca do projeto basico da UHE Xingo foram estabelecidos cnterios de projeto que procuravam minimizar o porte das obras, tanto as temporarias quanto as definitivas.
Tais critelios contaram com o grande beneficio do controle de cheias efetuado anualmente pelo sistema de reservatorios da CHESF, localizado a montante de Xingo, principalmente no reservatorio de Sobradinho.
Anualmente, a regra normal de operag5o do reservatorio de Sobradinho preconiza a alocagao de um volume de espera igual a 6.500 hms, de forma a ultrapassar todo o periodo de cheias, sem defluir vazoes superiores a 8.000 m3/s, caso ocorram eventos de vazi es ate 30 anos de periodo de retomo. Assim sendo, contando tambem com a colaboragao do reservatbrio de Itaparica, em menor escala, foi possivel dimensionar os quatro tuneis de desvio em Xingo para a vazao maxima de 10.500 m3/s, quando em condig6es naturals se teria que construir pelo menos mais um tunel de desvio, para a mesma situag5o de risco.
O sistema de operarao CHESF esta apto a proceder controle de cheias para eventos considerados bastante raros , como foi o caso do ocomdo na cheia de 1992 , o ano mais critico para as obras em Xingo . Durante este evento , cuja ocorrencia foi estimada em 120 anos de periodo de retomo , a dinamica das informag6es e o amplo conhecimento da bacia hidrografica a montante , permitiu a area de operarao CHESF manipular e gerenciar volumes de espera em
Sobradinho , com antecipagao de descargas , de forma a evitar o galgamento das obras de Xingo, cujas ensecadeiras e tuneis estavam projetados para o periodo de retomo de apenas 30 anos.
0 gerenciamento com pleno sucesso Besse evento veio reforgar ainda mais a confiabilidade no sistema operacional CHESF, razao fundamental para uma tomada de decisao que norteou a alteragao do esquema de funcionamento hidraulico do vertedor de Xing6 , 10 anos ap6s a sua concepgao original , durante o transcorrer do projeto executivo.
0 anexo 1 ilustra o arranjo geral das obras de Xingo.
0 vertedor a composto de duas calhas vertentes com 6 vaos de comportas cada uma, medindo 250m de comprimento.
Os anexos 2 e 3 mostram a concepgao original de projeto e o projeto modificado.
PROJETO ORIGINAL DO VERTEDOR
Criterios Basicos de Proieto
A descarga maxima prevista pelas duas calhas do vertedor de Xingo (T.R.=10.000 anos) a de 33.000 m3/s (16.500 M3 /s em cada uma), com o reservat6do atingindo o N.A. maximo maximorum igual a 139,00m, com sobrelevagao de 1,0 m, em relagao ao N.A. maximo normal igual a
138,00m. Com as comportas totalmente abertas, na el. 138,00m, as duas calhas tem condigoes de descarregar conjuntamente 31.000 m3/s, ou seja , 15.500 m3/s em cada uma . 0 fluxo e Iangado para jusante atraves de duas estruturas tipo salto de esqui.
As principais premissas relevantes para fixar a descarga maxima de projeto em Xingo, resultaram das seguintes consideragoes:
• Volume de espera igual a 6.500 hm3 em Sobradinho ( regra atual);
• N.A. de espera em Itaparica = El. 300,00m;
• Risco das vazoes maximas naturals em Xingo igual ao risco das vazoes maximas naturals em Itaparica (contribuigao nula no trecho ltaparica -Xing6).
Estudos em modelo reduzido
As condigoes de funcionamento hidraulico das duas calhas foram fixadas ao final do Projeto Basico . Tanto as condigoes de escoamento sobre as calhas, quanto as condigoes de dissipagao do fluxo a jusante , foram otimizadas para suportar a passagem da cheia decamilenar ( ate 10.000 anos de periodo de retomo).
Ao final do Projeto Basico, as principals preocupagoes quanto aos aspectos de dissipagao de energia , referiam-se as oscilagoes de niveis d 'agua e correntes de retomo tangenciais ao pe do talude de enrocamento da barragem e incidencia do fluxo junto ao pe da estrutura de concreto do salto de esqui da calha direita.
Durante o Projeto Executivo, apos a revisao do esquema de desvio do no que culminou com a solugao de proteger, com CCR, o talude de jusante do macigo galgavel da barragem ( ate
el. 50,00 m) , as principals preocupagoes do final do Projeto Basico deixaram de existir. Como exemplo , cita-se a eliminagao de um clique de protegao a jusante da barragem, inicialmente previsto.
Como consequencia desses fatos, durante o Projeto Executivo, procedeu -se a algumas diminuigoes nos angulos de saida dos defletores dos saltos de esqui, o que propiciou o encurtamento de suas conchas e dos muros adjacentes.
PROJETO MODIFICADO DO VERTEDOR Altera " o Basica na Filosofia do Projeto Original
A analise de alteragao no projeto do vertedor foi sugerida pela Junta de Consultores da CHESF , constituida por James B. Cooke , Nelson Luiz S. Pinto e Klaus W. John , quando da discussao de altemativas para minimizagao de custos da laje do rapido , tendo em vista as sobrescavagoes observadas apos o termino das escavagoes.
A alteragao do projeto inicial constituiu - se em definir a calha direita como calha de servigo e a calha esquerda como calha emergencial.
A calha direita , que ja era preconizada como a calha de servigo para aberturas de ate
3,0 m, passaria a ser operada ate a abertura total de suas seis comportas , antes que se tivesse aberto ainda qualquer comporta da calha esquerda , porem sem induzir qualquer sobrecarga no reservatorio , alem da el. 138 , 00m. Nestas condigoes, a maxima descarga possivel pela calha direita a de 15.500 m3/s. Levando em conta a vazao normal turbinada igual a 2.000 m3/s (maxima igual a 3.000 m'/s) da 1 ' fase da Casa de Forga , pode-se contar com uma descarga maxima em Xingu em tomo de 17 . 500 m'/s, sem ter que operar a calha esquerda.
A essa vazao corresponde o periodo de retomo de 225 anos conforme indicado no item 3.4.
Determinado que a calha esquerda pode suportar , como revestimento parcial a vazao de 4000m3/ s (item 3 . 3), o vertedor podera verter , sem problemas significativos , 21.500m3/s
correspondente a um periodo de retomo de 500 anos (item 3.4 ). Para vazoes superiores a esse valor ate a vazao decamilenar , poderao ocorrer descargas maiores, na calha esquerda, sem entretanto afetar a seguranga das estruturas do vertedor ou da barragem.
Analise dos Principals Aspectos Relevantes
A implantagao da modificagao de projeto , exigiu diversas analises no sentido de identificar e avaliar previamente os principals pontos e aspectos mais importantes , que pudessem
comprometer a seguranga das demais estruturas envolvidas.
Devido ao escoamento do fluxo com velocidades que poderao variar de 20 a 40 m /s, ao longo da calha esquerda , o principal aspecto que podera vir a comprometer a seguranga da obra, refere-se as condigoes de erodibilidade da rocha junto ao muro central divisorio, situado entre as duas calhas . Conceituou - se, entao , que este muro deveria ser protegido por uma laje ancorada a rocha em toda sua extensao.
Outra decisao importante foi a definigao da area minima da calha esquerda a ser protegida, tendo em vista algumas falhas do macigo rochoso local que provocaram grandes irregularidades na superficie da rocha , apos as escavagoes . Vanas inspegoes visuals no campo auxiliaram esta definigao.
Outros aspectos, como possivel erosao da margem esquerda, a jusante da calha esquerda do vertedor, sao considerados danos aceitaveis, dentro dos criterios de risco aqui apresentados.
Ensaios Finals no Modelo Reduzido
Foram realizados testes especificos no modelo hidraulico reduzido do CEHPAR, em Curitiba.
O objetivo dos ensaios no modelo foi o de obter avaliagoes qualitativas , tendo em vista a observagao do fluxo sobre a calha esquerda , implantada em fundo fixo, representando o mais fielmente possivel a situagao da obra , conforme levantamento topografico fomecido ao
laboratorio.
As observagoes em modelo permitiram identificar alguns pontos onde as erosies poderiam ser mais pronunciadas . Estes testes fomeceram subsidios para a definigao da protegao da calha esquerda para vazoes de escoamento de ate 4.000 m 3/s incluindo a extensao da laje e altura do muro esquerdo a serem construidos.
As principais providencias de projeto, decorrentes das observagoes em modelo , estudos e demais analises efetuadas foram as seguintes:
Adequagao da altura do muro esquerdo a nova linha d ' agua resultante dos estudos no modelo hidraulico.
- 0 comprimento do muro esquerdo foi reduzido de 227 m para 90 m.
- A laje da calha esquerda teve seu comprimento reduzido de 250 m para 90 m e sua espessura de 0,70 m para 0,40 m.
Protegao de falha geologica ocorrente na calha esquerda, associada a degrau na fundagao de ate 2,5 m de altura com concreto.
Protegao da sapata do muro central esquerdo com concreto Freguencia de Abertura das Comportas da Calha Esquerda
Conforme criterios do projeto basico , os riscos das vazoes maximas naturals em Xingo sao admitidos iguais ao do local da barragem de Itaparica , cuja serie de vazoes maximas ja incorpora o comportamento da bacia entre Sobradinho e Itaparica.
Diversas novas simulagoes de cheia foram realizadas , tendo- se concluido que:
• a descarga de 17 . 500 M3/s em Xingo , corresponde ao periodo de retomo de 225 anos, situagao a partir da qual se teria que iniciar a abertura das comportas da calha esquerda;
• a descarga de 21 . 500 M3/s em Xingo , corresponde ao periodo de retomo de 500 anos,
situagao limite para o funcionamento aceitavel do revestimento parcial projetado para a calha esquerda, a partir da qual alguns danos poderao ocorrer.
As simulagies efetuadas nao consideram qualquer regra emergencial de operagao no reservat6rio de Sobradinho , alem da regra atual que a area de operagao CHESF utiliza anualmente para controle de cheias com periodo de retomo da ordem de 20 a 30 anos.
Nova Lei de Manobra das Comportas
Das observagoes visuais do modelo, concluiu- se que a sequencia de abertura das comportas da calha esquerda devera obedecer a mesma sequencia prevista para a calha direita : vaos 9-10 (ou 10-9); 8-11 (ou 11-8); 7-12 (ou 12-7).
comportas da calha direita (Q=15.500 M3/S).
Dependendo, entretanto, de alguns testes a serem realizados no prototipo, podera ser ainda considerada a possibilidade de funcionamento da calha esquerda, com vazoes menores, em conjunto corn a calha direita, antes que a vazao por esta t ltima atinja o valor de Q =15.500 m'/s.
Se as testes confirmarem as observacoes do modelo, para vazoes ate Q = 4.000 m'/s, teriamos que para descargas da ordem de ate 21.500 m3/s (2.000 m3/s pelas turbinas, 15.500 m3/s pela calha direita e 4.000 m'/s pela calha esquerda), nao haveria problemas mais serios referentes a operacao do vertedor.
Para descargas superiores a 21.500 m3/s, a mais dificil a previsao do comportamento hidraulico e estrutural da calha, em decorrencia das duvidas quanto a capacidade do macilco
rochoso em suportar as efeitos erosivos do fluxo vertente.
ANALISE DE CUSTOS
Foi analisada a vanar o de custos de construq§o dg calha esquerda do vertedouro,
considerando o projeto inicial e o projeto final incorporando as modificagoes, decorrentes da nova filosofia operacional.
A Tabela abaixo, mostra as quantidades dos servigos a serem executados para a construgao da calha do vertedor considerando o projeto inicial e o projeto final com a nova configuragao estudada.
SERVIGOS UN PROJ . INICIAL
QTD
PROJ. FINAL QTD
LIMP/PREP FINAL FUND P/CONCRETO m2 22 950 8.924 CONCRETO DA CALHA E SALTO DE ESQUI m3 29.440 3.488
CONCRETO DOS MUROS DA CALHA m3 14.949 2.925
CONCRETO DE ENCHIMENTO m' 13 660 2.260
VEDAJUNTA DE 22 cm m 682 417
CIMENTO t 15. 502 2.145
ARMADURA A O CA-50A t 1. 948 258
BARRA ANCORAGEM 32mm m 15.092 3.537
DRENOS MEIA CANA CONC ATE 40cm m3 4.255 1 580
CONCLUSOES
Os estudos efetuados concluiram pela viabilidade de proteger e dar condigoes satisfatorias de funcionamento da calha esquerda para escoamentos de ate 4.000 m3/s. Esta situagao
corresponde a maxima descarga total de 21.500 m3/s que inclue tambem 15.500 m3/s e
2.000 m3/s, escoando pela calha direita e casa de form, respectivamente. Esta ultima condigao tern um periodo de retomo estimado em 500 anos. A calha esquerda somente entrara em funcionamento quando houver a necessidade de descarregar vazoes superiores a 17.500 m3/s, correspondente ao periodo de retomo de 225 anos.
Durante eventos excepcionais, a exemplo do ocorrido durante a cheia de 1992 , a area de operagao CHESF, tera condigoes de retardar ainda mais o inicio de operagao da calha esquerda, uma vez que as simulagoes nao consideraram qualquer regra emergencial operativa no
reservatorio de Sobradinho.
A viabilizalao da nova solucao proporcionou uma economia de aproximadamente-83,7%, em relacao ao custo inicial , na construccao da caiha esquerda do vertedor.
AGRADECIMENTOS
Os autores expressam os seus agradecimentos a CHESF - Centrals Eletncas do Sao Francisco e a Promon Engenharia Ltda., pela oportunidade de divulgacao deste trabaiho, been coma pelo apoio e colaboracao recebidos.
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VERTEDOURO
