7. Nassin_Santo Antonio_VRT-Comporta Segmento

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SANTO ANTONIO POWER PLANT – SPILLWAY RADIAL GATE – EVALUATION OF THE ERECTION COMPANY UHE - SANTO ANTONIO – COMPORTA SEGMENTO DO VERTEDOURO – VISÃO DA MONTADORA Nassin Agel Neto Juliano Machado Sasso Construtora Norberto Odebrecht S.A. Construtora Norberto Odebrecht S.A.

RESUMO

Como primeiro grande Marco Contratual do Empreendimento de construção e montagem da Usina Hidrelétrica de Santo Antonio havia o desafio de realizar o desvio do Rio Madeira através do Vertedouro Principal, em junho de 2011, época de vazões reduzidas, visando a antecipação de 12 meses em relação ao cronograma contratual.

O planejamento espelhado em cronograma original indicava a necessidade de montagem de pelo menos 5 (cinco) Vãos com as comportas do Vertedouro Principal na posição aberta, com água passando pelos vãos. Previa-se a montagem das comportas sobre plataformas suspensas, condição esta extremamente desfavorável e de elevado risco para pessoas e para equipamento.

Visando garantir maior segurança nas operações de montagem das comportas, sem, no entanto, comprometer os prazos extremamente desafiadores do empreendimento, foram realizados estudos para eliminar a necessidade de montagem de comportas suspensas. O novo estudo de planejamento e logística envolveu toda a cadeia de projeto, fornecimento dos equipamentos, obras civis, montagem eletromecânica e comissionamento, permitiu a execução da montagem das 15 comportas de segmento em apenas 10 meses (15/07/10 à 21/05/11), prazo recorde se comparado aos últimos grandes empreendimentos.

Ressalta-se a grande importância do Vertedouro, neste empreendimento, seja durante a fase de construção assim como durante a operação normal, face às grandes variações de vazões (8.000 m3/s a 84.000 m3/s) do Rio Madeira.

Aspectos como: presença de troncos, detritos, sedimentos e ressalto hidráulico à jusante das comportas segmento, caracterizam ainda mais a importância da estrutura do Vertedouro.

1. VISÃO GERAL DAS CONDIÇÕES DE CONTORNO PARA A IMPLANTAÇÃO DE VERTEDOURO E ESPECIFICIDADE DO EMPREENDIMENTO

A função do vertedouro é regular o nível do reservatório de uma usina hidrelétrica. No projeto da UHE Santo Antônio, o Vertedouro está dividido em 02 (duas) estruturas: o Vertedouro Principal (VTP), com 15 vãos, localizado na margem esquerda do Rio Madeira, em relação ao sentido do fluxo do rio, e o Vertedouro Complementar (VTC), com 03 (três) vãos, localizado na margem direita.

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Em termos de altura e carga hidrostática, as comportas do Vertedouro da UHE Santo Antônio são as maiores comportas segmento de superfície já fabricada no mundo, conforme informação do fabricante.

Figura 1 - Lay out geral da Usina de Santo Antônio

CARACTERISTICAS TÉCNICAS

Vertedouro Número de aberturas 18 Largura do vão livre 20.000 mm Cota de nível do coroamento 75,50 m Nível d’água máximo normal. 70,00 m Nível d’água máximorum 72,00 m Cota de nível da soleira definitiva 46,820 m Cota de nível da soleira provisória (Desvio) 42,00 m Comporta Número de comportas 18 Altura da comporta fechada 24.180 mm Raio externo do paramento 26.000 mm Cota do eixo da articulação 61,80 m Velocidade média de abertura Normal (comporta totalmente aberta) 0,30 m/min. Velocidade média de fechamento 0,30 m/min. Servomotor Número de servomotores 36 Tipo simples efeito Capacidade do servomotor 3,00 MN

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CRONOGRAMA INICIAL DE MONTAGEM A partir da avaliação criteriosa do planejamento original de montagem do Vertedouro da UHE Santo Antônio, foram identificadas algumas condicionantes que exigiam um método de montagem diferenciado, já realizado em outros empreendimentos, porém com grandes riscos para pessoas e equipamentos. Essa metodologia implica na montagem de comportas na posição aberta, apoiadas sobre plataformas especiais, permitindo a passagem de água nos vãos do vertedouro após a realização do desvio de rio. Montar as Comportas Segmento sobre plataformas, com água passando, nos últimos 05 vãos, devido à condição prioritária do cumprimento do inicio do desvio do Rio em 01/06/2011, para uma estrutura como a de UHE Santo Antonio era temerário; Condicionantes a serem observadas:

Montagem das Comportas Segmento sobre plataformas, com água passando, nos últimos 05 vãos, devido à condição prioritária do cumprimento do inicio do desvio do Rio em 01/06/2011;

Condição insegura durante as atividades de montagem dos últimos 05 vãos;

Disponibilidade de equipamentos de levantamento de maior capacidade de carga;

Aquisição de plataformas e adaptações em estruturas civis;

Riscos elevados de incidentes patrimoniais, pessoais e ambientais.

Introdução de tensões em paramentos de comportas e acionamentos.

Figura 2 - Modelo esquemático de montagem sobre plataformas

PREMISSAS CONSIDERADAS NO CRONOGRAMA PARA REDUÇÃO DE PRAZOS Após análise detalhada da situação acima representada, objetivando a eliminação da montagem de comportas com água passando, identificamos pontos de atenção e focos de melhorias que determinavam interfaces em toda a cadeia produtiva do processo, quais sejam:

Necessidade de alterações no cronograma de implantação de Obras Civis, que previa a liberação de 5 em 5 vãos e alterado para a liberação de 3 primeiros vãos em conjunto e sequencialmente de 2 em 2 vãos;

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Alteração do cronograma de obras civis de modo a antecipar a liberação das vigas de munhões protendidas em datas coincidentes com a liberação das guias radiais para segunda concretagem. Desta forma, enquanto se executava a etapa de concreto secundário de guias radiais, em paralelo, realizava-se a montagem de munhões e articulações, o que possibilitou reduções em prazos de até 40 (quarenta) dias na sequência construtiva.

Figura 3 - Ilustração das áreas a serem liberadas pela Obra Civil

Visualização da limitação da capacidade fabril do Fornecedor dos equipamentos instalada em Porto Velho – RO, e trabalhos de gestão para minorar esta condição, fato que veio a ser certificado posteriormente com a fabricação de 50% das comportas sendo realizado no sudeste, Sorocaba – SP;

Pré-montagem e soldas de tramos de guias de comportas radiais;

Construção parcial da calha de descarga do VT, onde foi deixado um rebaixo (“dente”) para posterior concretagem, permitindo acesso por jusante mais próximo às guias de comportas radiais. Este procedimento diminuiu raios de giro para montagens de elementos de comportas e componentes, consequentemente reduzindo a necessidade de equipamentos de içamento de cargas de maior capacidade, além de praticamente eliminar as interferências naturais com serviços civis, que se desenvolveram predominantemente por montante. Após o lançamento do primeiro painel (painel “A”) no vão, o equipamento de levantamento de carga mandatoriamente deveria ser retirado em até 45 dias, promovendo prazo suficiente para recomposição civil da calha de jusante (“dente”);;

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Atividades de montagem eletromecânica em 5 vãos em paralelo;

Inicio do enchimento do recinto na montante do Vertedouro Principal em 15/03/11;

Inicio do enchimento do recinto na jusante do Vertedouro Principal em 15/05/11;

Desvio do Rio em 01/06/2011 (Marco Contratual);

Consolidação das ensecadeiras de montante MD4 e de jusante MD3 do GG4 ou Grupo Gerador do Leito do Rio; (31/10/2012)

Inicio do Enchimento do reservatório em 16/09/2011;

2. ESTUDO E FABRICAÇÃO DE ESTRUTURAS E DISPOSITIVOS PARA MONTAGEM E SEGURANÇA PESSOAL (INDIVIDUAL E COLETIVA).

DISPOSITIVOS DE MONTAGEM: Fabricação antecipada de todos os dispositivos de segurança e dispositivos de montagem, necessários para atuação em cinco vãos em paralelo, executados pelo setor de Engenharia de Montagem da CNO e fabricação em campo. Estudo das condições executivas e particularidades do projeto o Vertedouro Principal para UHE Santo Antônio, execução de engenharia (Projetos e Cálculos) de dispositivos (Segurança/Montagem) para inicio de fabricação;

Região para

recomposição

da Ogiva

Figura 4 - Lay out dos dispositivos para montagem das guias das comportas

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ESTUDOS DE RIGGER: Descrição de Montagem:

1. Após o posicionado a carreta/painel e guindaste conforme planta levantar peça a altura necessária

2. Inclinar a peça através de duas talhas manuais de corrente de 15.0t cada conforme demonstrativo:

3. Girar a peça com o guindaste e auxilio de corda posicionada nas laterais do painel; 4. Ajustar, alinhar e descer verticalmente o elemento no vão até posição definitiva.

NOTAS DE PROJETO:

Plano de carga para Guindaste AC 140 (todos os painéis, exceto o painel “F” com contrapeso de 39 ton e Guindaste AC 200 ton (Painel “F”) com contrapeso de 68,5 ton);

Plano de carga para lançamento de 1 painel de cada vez, exceto o painel I e J, que serão lançados em conjunto;

Pressão considerada de 6,39 Kgf/cm² nas patolas. Usado tamanho de 1,0m x 1,0m;

Considerado plano de carga com giro de 360º com guindaste patolado;

Figura 5 – Estudo de movimentação do painel “A” da Comporta Segmento

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3. DIFICULDADES OPERACIONAIS DECORRENTES DAS INTENSAS TURBULÊNCIAS A JUSANTE DA ESTRUTURA DO VERTEDOURO

Após a realização do Desvio do Rio Madeira pela estrutura do Vertedouro Principal (VTP), iniciou-se a fase de construção das ogivas definitivas das Comportas Segmento. Para execução da construção das ogivas definitivas, foram necessárias as seguintes manobras a cada cinco (05) vãos em simultâneo:

Fechamento da Comporta Segmento;

Movimentação e colocação dos painéis da Comporta Ensecadeira de Montante (10 elementos / vão), através da Viga pescadora acoplada ao Pórtico Rolante;

Movimentação e colocação dos painéis da Comporta Ensecadeira de Jusante (10 elementos / vão), através da operação da Viga Pescadora acoplada ao Guindaste sob pneus;

Salvamento de peixes em cada vão;

Drenagem do volume de agua no recinto, através de bombas d’água. Durante esta fase de construção e face as grandes vazões do Rio Madeira, ressalta-se os seguintes desafios enfrentados:

Intensas turbulências à jusante da estrutura do Vertedouro, decorrentes do ressalto hidráulico, conforme apresentado na Figura 6;

Ciclo de montagem e logística associados na movimentação e colocação dos painéis das Comportas Ensecadeiras Montante (50 elementos) e de Jusante (50 elementos), considerando as grandes dimensões (20,0 m) e massa (50 ton.) de cada elemento manuseado;

Presença e influencia de detritos, troncos de arvores e sedimentos;

Vibrações importantes e intensas na estrutura de concreto do Vertedouro e Ponte rodoviária à jusante.

Figura 6 – Ressalto hidráulico à Jusante

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COMPORTAS ENSECADEIRAS Os elementos de comportas ensecadeira foram estocados próximo ao acesso as pontes de montante e jusante do Vertedouro Principal, na região conhecida como “Ferradura” que é a alça entre os acessos citados, conforme figura abaixo e vista em planta do projeto, visando facilitar a logística envolvendo o grande numero de painéis de comporta necessários.

PRESENÇA E INFLUENCIA DOS TRONCOS, DETRITOS E SEDIMENTOS

Cerca de 1.600 troncos de árvores são transportados pelo Rio Madeira, diariamente pelo Rio Madeira (fonte: http://pt.wikipedia.org). Com a instalação da Usina de Santo Antonio estes materiais são obrigatoriamente direcionados ao Vertedouro, o que acaba causando alguns danos nas comportas e acessórios.

Figura 7 – Figura em 3D tendo simulação do pátio para armazenamento das comportas

Figura 8 - Lay out do posicionamento dos elementos das comportas ensecadeiras

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Com a implantação de um Sistema de Transposição de Troncos, devidamente posicionado na barragem e associado a “log boom” colocado no reservatório, esta questão deverá estar solucionada. Estudos neste sentido estão em desenvolvimento pela empresa de engenharia responsável e serão validados através do Modelo Hidráulico Reduzido da Barragem.

Vão 15 – 18/05/12 Vão 15 – 18/05/12

Vão 15 – 18/05/12 Vão 15 – 18/05/12

Vão 15 – 18/05/12 Vão 15 – 18/05/12

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4. VIBRAÇÕES NA ESTRUTURA DE CONCRETO DO VTP, DECORRENTES DOS

RESSALTOS HIDRÁULICOS

O estudo de comportamento dinâmico de estruturas é basicamente uma avaliação dos níveis de deslocamentos e consequentemente de tensões em uma estrutura, quando esta está submetida a carregamentos dinâmicos. Entende-se por carregamento dinâmico aquele que varia no tempo, podendo levar esta estrutura a responder segundo um comportamento linear ou não linear. O estudo foi solicitado após inspeções levadas a efeito nos Vertedouros Principal e Complementar da Usina Santo Antônio, em operação, onde foram observadas respostas vibracionais na maioria dos pilares. Tais respostas foram objeto de verificação expedita “in loco”, em diversas partes desta estrutura, tendo sido observado que a frequência de excitação poderia estar em torno de 1hz. Nesta etapa, foram utilizados os modelos de elementos finitos do tipo casca, desenvolvidos durante o Projeto Executivo para o pilar do Vertedouro. Neste estudo, foram adotadas linhas de água inferidas para as seguintes situações indicadas a seguir: - comporta 100% aberta - Modelo I;

Figura 9 - Comporta 100% Aberta

- comporta com abertura de 9,0m - Modelo II;

Figura 10 - Comporta com Abertura de 9 m

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- comporta ensecadeira de montante fechada - Modelo III;

Figura 11 - Comporta Ensecadeira de Montante Fechada - Vão Adjacente 100% Aberto - Flutuação ±4 m

PONTOS USADOS PARA AVALIAÇÃO DOS NÍVEIS DE DESLOCAMENTO

PONTOS USADOS PARA AVALIAÇÃO DOS NÍVEIS DE DESLOCAMENTO

Modelo Região

Tensão

Max

Face 1

Tensão

Max

Face 2

kgf/cm² kgf/cm²

Modelo Estático

Proj. Executivo

(vão 1 aberto e vão 2

com comporta

segmento fechada)

1 -1,44 -1,56

2 3,39 -0,91

3 -1,60 -3,46

4 -0,23 -1,91

Modelo CFD

(Elemento Sólido)

1 3.12 -0.05

2 8.66 -1.12

3 5.62 -0.55

4 5.42 -0.84

Modelo Deslocamentos (mm)

Modelo Estático

(Proj. Executivo)

(vão 1 aberto e vão

2 com comporta

segmento fechada)

Ponto X Y Z

Pt1 -0,165 1,421 -0,385

Pt2 -0,161 1,931 -0,425

Pt3 -0,135 2,735 -1,178

Pt4 0,268 1,171 -0,467

Modelo CFD

(Elemento Sólido)

Pt1 0,048 2,604 -0,344

Pt2 0,065 2,606 -0,281

Pt3 0,0043 1,795 -0,215

Pt4 0,113 2,229 -0,234

Modelo Dinâmico

de Elementos de

Casca

Pt1 -0,0065 4,089 -0,0045

Pt2 -0,0065 2,485 -0,0032

Pt3 -0,0042 0,7279 0,0008

Pt4 -0,0049 2,049 0,00103

Figura 12 - Localização dos pontos de monitoramento

Tensões encontradas

Região. 1

Região. 2

Região. 3

Região. 4

Figura 13 - Posição da região para medição das tensões

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CONCLUSÃO DOS ESTUDOS

Observa-se que a estrutura tem capacidade de absorver e estabilizar-se mesmo se estivesse sujeita a condições de ressonância, visto que mesmo após um acréscimo de energia resultante do choque da água, conseguiria apresentar redução significativa dos níveis de amplitude antes do próximo pulso de água. Os resultados de tensão e deformação para os patamares que foram obtidos mostram que não ocorrerá redução de vida em fadiga para o concreto bem como para a armadura interna do pilar, pois o aço, para os valores de tensão observados, tende a ter número de ciclos igual ao considerado de vida infinita. Desta forma, conclui-se que as estruturas dos Vertedouros da Usina Santo Antônio resistem aos esforços dinâmicos não implicando, com isto, diminuição de sua vida útil bem como quaisquer riscos no que tange a danos estruturais. Fonte: Santo Antonio Energia

5. ATENÇÃO PARA FUTUROS PROJETOS E POSSÍVEIS CONSEQUÊNCIAS, CONSIDERANDO ESTA EXPERIÊNCIA NA UHE - SANTO ANTONIO

Análise dos projetos e consideração nas dificuldades relativas a obras civis face aos quantitativos/volumes e prazos exíguos, sendo que a fase de concretagem é um processo controlado;

Atenção nas divergências entre as furações do Mancal do Eixo de Articulação com a base do munhão (peça fixa de 1º estágio localizada na Viga Munhão do Pilar);

Averiguar os prazos de fornecimento a fim de evitar postergações na entrega das peças/acessórios em relação às datas acordadas, principalmente acessórios e miscelâneas do conjunto da Comporta Segmento o que interfere em continuidade de serviços;

Analise junto ao fabricante para execução de solda em obra maior que o previsto, em virtude de “ajustes” em campo devido a discrepâncias de geometria de juntas e banzos;

Dificuldades em alocar mão de obra qualificada, principalmente operadores de soldagem;

Evitar operações não usuais em montagem de comportas segmentos, principalmente na consideração de montagem com água passando sobre plataformas onde os riscos operacionais aumentam significativamente, esta opção deve ser o último recurso a ser estudado para execução de montagem;

Utilizar a experiência adquirida como suporte para proposição de soluções futuras, entretanto é necessário que as condições de contorno dos novos Projetos contemplem as particularidades deste.

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AUTORES:

Nassin Agel Neto, engenheiro eletricista, graduado na Universidade Federal de Uberlândia, Julho de 1986, Auditor de Sistemas da Qualidade na CHESF, PETROBRÁS e ELETROSUL. Atuou na Engenharia, Planejamento e Gestão de Obras de Montagem, na TENENGE (1987 a 1994), CNO – Construtora Norberto Odebrecht S/A (1995 a 2000), AEC – Agel Engenharia e Consultoria Ltda. (2000 a 2003) e Voith Siemens Hydro Power Generation Ltda. (2003 a 2008). Atualmente, trabalha na CNO – Construtora Norberto Odebrecht, desde 2009, sendo responsável pela Gerencia de Engenharia de Montagem Eletromecânica para o empreendimento UHE-Santo Antonio (3.150 MW) – Rio Madeira – RO.

Juliano Machado Sasso, graduado em tecnologia eletromecânica pela UNIFRAN/SP (2009). Trabalha atualmente na CNO – Construtora Norberto Odebrecht, como técnico especializado de planejamento em montagem eletromecânica da Usina de Santo Antônio (3.150 MW), Rio Madeira - RO;

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