1. Ingeniería

Categoria
Inovação
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Juntas – A segurança da segunda maior
barragem (BEFC) do mundo
Nomes e e-mails dos Autores:
Carlos Lúcio Lopes Pinto, [email protected]
Fábio Luiz Lemos de Assis, [email protected]
Hedalina Rodríguez Carmen, [email protected]
José Ricardo Prandini Pereira, [email protected]
Júlio César de Miranda, [email protected]
Márcio Afonso Polidoro, [email protected]
Nome do Contrato/Unidade ou Área/Escritório: Central Hidreléctrica
Chaglla
País: Peru
Empresa: Odebrecht Ingeniería y Construcción Perú
Unidade: Central Hidreléctrica Chaglla
Líder do Contrato: Pedro Schettino
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RESUMO:
A Central Hidreléctrica Chaglla possui a represa de enrocamento com
face de concreto mais alta já construída pela Odebrecht e a segunda do
mundo. Com 210m de altura, em uma região de topografia altamente
acidentada, o grande desafio foi desenvolver e executar um sistema de
impermeabilização capaz de suportar as grandes pressões exercidas
contra a laje de concreto e ao mesmo tempo permitir as deformações
previstas nos modelos de cálculo. A partir das lições aprendidas de outras
construções similares, que apresentaram diversas patologias e até
rupturas, e o conhecimento adquirido pelos consultores e projetistas se
estabeleceram as deformações as quais estará submetida a face de
concreto. Devido à magnitude de tais deformações, se definiu um sistema
de 28 lajes reticuladas com juntas flexíveis, mas ao mesmo tempo
resistentes para suportar as enormes pressões exercidas pelo
reservatório durante a operação da usina. De acordo com o estudo sobre
o comportamento estrutural da represa foram criados 3 sistemas distintos
de juntas; juntas perimetrais, juntas de tração e juntas de compressão.
Iremos detalhar as particularidades de cada uma e o processo construtivo
adotado no projeto além de ressaltar as melhorias que viabilizaram a
execução no prazo necessário.
DESCRIÇÃO DO EMPREENDIMENTO:
A Central Hidrelétrica Chaglla é um projeto de geração elétrica com
potência instalada de 456 MW no Rio Huallaga, Peru. Fica situada na
província de Huanuco, a 600 Km de Lima, no início da selva amazônica
peruana com altitude média de 800 m.
O projeto é um investimento da Odebrecht Latin Fund e faz parte de um
complexo de aproveitamento energético na bacia do Rio Huallaga, do qual
Chaglla é a primeira obra a ser construída.
Chaglla conta com uma barragem de enrocamento com face de concreto
de 210 m de altura, túnel de adução com 14 km de comprimento, 3 túneis
vertedouros com 900 m de comprimento cada, 1 casa de máquinas com
2 turbinas Francis de 225 MW cada e uma PCH de 6MW logo a jusante
da barragem para aproveitamento da vazão ecológica.
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1. IDEIAS INCORPORADAS
1.1. Situação anterior às inovações
O grande motivador para o desenvolvimento das juntas utilizadas em
Chaglla foram as patologias e rupturas ocorridas nas barragens de
Campos Novos (202m) e Barra Grande (196m) no Brasil.
Essas barragens possuíam sistemas mais simples de juntas e quando
submetidas aos esforços do reservatório apresentaram rupturas,
principalmente nas juntas centrais de compressão. Essas rupturas
causaram infiltrações nas barragens da ordem de 1500 l/s. Foram
tomadas medidas para reparar as infiltrações e garantir a integridade
estrutural das barragens. As infiltrações nunca foram totalmente
controladas. Cabe ressaltar que as juntas não foram os únicos problemas.
Haviam também fenômenos desconhecidos sobre o comportamento
estrutural de barragens de grande altura e com alto fator de encaixam
ente, ou seja, relação entre altura e largura, pois se constatou que
barragens construídas em cânions pronunciados apresentavam
comportamentos estruturais até então ignorados.
A partir daí começaram estudos para profundar o conhecimento sobre o
comportamento desse tipo de barragem e o desenvolvimento de um
sistema composto de juntas para garantir a estanqueidade e, ao mesmo
tempo, permitir a deformação da estrutura sem que ocorram as
destrutivas e custosas rupturas.
O conceito da junta é o de múltipla proteção. Ou seja, se falha um
elemento existem outros para seguir garantindo a estanqueidade da
barragem.
O que se percebeu em barragens de enrocamento com face de concreto
(BFECs) de grande altura é que se apresentavam dois tipos principais de
esforços; compressão na zona central e tração na zona de ombreiras.
Em posse dos estudos topográficos e geológicos do local de construção
da barragem a Intertechne (empresa responsável pelo projeto de
engenharia de Chaglla) elaborou o projeto executivo da barragem.
Na figura abaixo se podem apreciar as distribuições de tensões principais
do modelo.
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Figura 1. Tensões na face da barragem
Foi usado o critério adotado com sucesso em outras BEFCs de
dimensionar as lajes submetidas a compressão com 15m de largura e as
de tração com 7,5m de largura.
A execução da barragem foi executada em duas etapas, indicada pela
linha transversal na Figura 1.
Definidos os esforços se partiu para a elaboração do projeto das juntas.
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1.2. Ideias e ações incorporadas
Conforme os resultados obtidos no modelo de elementos finitos se
definiram os três tipos básicos de juntas usadas.
Na figura abaixo se pode apreciar sua distribuição.
Figura 2. Tipos de juntas e localização
As juntas de compressão foram desenhadas com os seguintes materiais.
o Manta de polivinil: Serve como assento e proteção inferior
da junta de cobre
o Junta de cobre: fabricada em obra com lâminas de cobre
calandradas, possui um bulbo preenchido com EPDM e, fica
embebida na laje durante a concretagem
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o Prancha de EPDM: É colocada entre as lajes durante a
concretagem, possui 42mm e sua função é absorver as
deformações de compressão entre os panos de lajes.
o Cinza Volante (“fly ash”): Cinza de alto-forno ou vulcânica.
Material inerte de granulometria fina que funciona como um
cicatrizante no caso de alguma falha na junta de cobre.
o Geotêxtil: Manta de tecido especial que funciona como um
filtro. Permite a saída de água durante a injeção do fly ash,
mas não permite a saída dos finos.
o Chapa metálica de proteção: Último elemento do conjunto,
fabricado com aço galvanizado perfurado, que serve para
confinar e proteger o fly ash.
As juntas de compressão não são muito distintas de outros projetos
consagrados de barragens. No entanto, o projeto inicial e também os
consultores do projeto pediam o uso de um mastique GB extrudado in loco
, prática muito utilizada nas BEFCs de grande altura chinesas.
Existem poucas empresas no mundo especializadas nesse tipo de
serviço, quase todas chinesas. É um equipamento muito específico e de
pouca disponibilidade. Nas sondagens iniciais de provedores tanto preço
e prazo inviabilizaram o uso dessa metodologia.
Esse problema levou à busca de outras alternativas por parte da
engenharia do projeto. Após muita pesquisa e discussão com projetistas,
cliente e consultores conseguimos adotar o fly ash nas juntas de
compressão e de tração.
Figura 3. Juntas de compressão
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Para as juntas perimetrais (união entre plinto e lajes da barragem), essa
substituição não resultou tecnicamente viável, mas conseguimos adotar
uma outra metodologia de aplicação como explicaremos adiante.
As juntas de tração e perimetrais é que são a real inovação do projeto.
Conforme mostram os resultados do modelo de cálculo, essas juntas
podem sofrer deformações de até 260mm.
São deformações muito elevadas para que os materiais comumente
usados pudessem suportar.
Para resistir a essas elevadas deformações foi elaborada, junto à
provedora JEENE, uma banda de EPDM corrugada (ômega), que embora
apresente resistência a altas pressões e flexibilidade, no caso de termos
a abertura total dos 260mm, esta sozinha viria a ruptura.
Era necessário conseguir uma forma de ter sistema que fosse flexível,
mas ao mesmo tempo ter rigidez quando solicitado ao máximo.
A solução encontrada, e aplicada pela primeira vez no mundo, foi de
combinar o ômega como uma manta de aramida.
A aramida é um tecido altamente resistente e de baixa elasticidade.
Comercialmente conhecida como kevlar, é usada na confecção de coletes
a prova de balas, entre outras aplicações que requeiram altas resistências
e maleabilidade.
Essa composição foi usada tanto nas juntas de tração como nas
perimetrais.
A diferença básica entre as duas é que no caso da junta de tração se
viabilizou a injeção do fly ash, enquanto na perimetral seguia a
necessidade do mastique GB (material JE-210 de JEENE). Ademais, a
junta perimetral possui a prancha de EPDM embutida no concreto, que
não existe na junta de tração.
Abaixo mostramos o esquema das duas juntas.
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Figura 4. Junta de tração
Figura 5. Junta perimetral
Em substituição ao mastique GB extrudado in loco conseguimos viabilizar
a instalação de tarugos empilhados conforme se pode verificar na foto
abaixo.
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Figura 6. Ensaio de aplicação JE - 210
1.3. Origem do conhecimento

Interna
o Projetos já executados por Odebrecht ( UHE Itá, UHE Itapebi)

Externa:
o Empresa Jeene – Juntas e Impermeabilizações
o Consultoria Externa, Bayardo Materón
o Projetista Intertechne
2. METODOLOGIA
2.1. Descrição
Existem 2 etapas principais na execução das juntas da barragem. A primeira
etapa é dos elementos que ficam embutidos na laje, que são aplicadas
durante a etapa de execução do concreto da barragem.
A segunda etapa, já com o concreto concluída, é a instalação dos elementos
fixando-os com parabolts Hilti.
2.1.1. Primeira etapa
A primeira etapa de construção das juntas consiste basicamente na
instalação da junta de cobre e da prancha de EPDM.
As juntas de cobre foram fabricadas com uma calandradora desenvolvida e
fabricada em obra conforme Figura 2.
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Figura 7
Para a aplicação foi feita uma regularização com argamassa na face da
barragem, colocada a manta de polivinil e encima se assentou a junta de
cobre, conforme demonstrado na figura 3.
Figura 8
2.1.2. Segunda etapa
Depois da concretagem das lajes segue a instalação dos elementos na face
do concreto.
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Os elementos são aparafusados com parabolts HILTI.
Devido à enorme quantidade de perfurações a se executar foi construída
uma central de perfuração de juntas com uma mesa de 55 m.
Figura 9. Central de perfuração de juntas.
Nesta central todos os elementos foram perfurados obedecendo as
distâncias de projeto de cada um. No total foram realizados 196.236 orifícios.
Ao mesmo tempo que se preparavam os elementos para a instalação, na
barragem se avançava com a perfuração e instalação dos parabolts.
Para garantir o correto espaçamento das perfurações e, não menos
importante, a profundidade para a correta instalação dos parabolts se
confeccionou um gabarito que possibilitou precisão e alta produtividade.
Figura 10. Uso do gabarito de perfuração.
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Depois da instalação dos elementos de fixação se inicia o processo de
instalação do conjunto completo.
Para auxiliar nesse processo idealizamos um carrinho auto propelido que
conta com um pequeno compressor para auxiliar na limpeza da face de
concreto.
Figura 11. Uso do carrinho de juntas.
Figura 12. Detalhe do carrinho.
Como os elementos foram previamente perfurados e os parabolts instalados,
só resta transportar o material ao ponto de aplicação e encaixá-los na face
de concreto.
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Figura 13. Instalação de junta de tração.
Figura 14. Instalação de Mastique GB (JE-210) na junta Perimetral
Para a fixação final foram usados aparafusadeiras elétricas a bateria e
também pneumáticas para alcançar o torque requerido de projeto e melhor
produtividade. Ao todo foram usados 35.000 parabolts.
Após a instalação de todos os elementos temos a última etapa, a injeção de
fly ash nas juntas de compressão e tração.
Como a cinza é uma escória de alto-forno, a aplicação direta não atendia os
critérios de qualidade e granulometria. Foi necessário fazer o peneiramento
das 1200 toneladas do material que vinham na forma de big bags.
Para tanto foi criada uma pequena central de peneiramento mecanizado.
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Figura 15. Peneira de fly ash.
Em seguida se procedeu com a injeção da cinza seguindo o método usual e
equipamento de injeção de calda cimento.
Figura 16. Central de mescla e injeção de fly ash
Vale ressaltar que a calda de fly ash deve ser injetada em trechos não muito
compridos por vez. No estado líquido ela exerce muita pressão sob a
proteção metálica com geotêxtil, que chegou a romper em alguns casos. É
preciso deixar que um tramo perca água da mistura, através do geotêxtil,
reduzindo assim a pressão hidrostática para prosseguir com a aplicação nos
trechos superiores.
Para a determinação do traço foram feitos ensaios de laboratório e o
resultado foi pela adoção de uma mistura de 2:1 água/cinza.
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2.2. Composição das equipes
As equipes típicas utilizadas para a instalação das juntas eram formadas por
1 encarregado, 20 montadores e 2 soldadores homologados para as juntas
de cobre.
A instalação da junta foi supervisionada pelo fabricante JEENE que manteve
1 engenheiro e 2 técnicos durante a execução dos trabalhos.
2.3. Produtividades alcançadas
As produções alcançadas conforme os meses de execução do projeto foram
de acordo aos quadros a seguir.
Produção Juntas
Cobre (Inferior)
nov-14
237
dic-14
ene-15
239
feb-15
mar-15
abr-15
may-15
jun-15
jul-15
ago-15
133
173
281
1.155
1.355
1.415
1.240
-
Compressão
-
-
510
445
-
630
737
228
Tração
-
-
25
23
-
-
1.369
1.480
80
118
30
202
63
288
Perimetral
1.600
1.355
1.400
1.480
1.415
1.369
1.240
1.155
1.200
1.000
737
800
630
510
600
400
237
281
239
133
--
200
445
173
--
80
118
25
288
228
202
23 30
--
63
-
-
nov-14 dic/14 Ene/15 Feb/15 mar-15 abr-15 May/15 jun-15
Cobre (Inferior)
Compressao
Tracao
jul-15
ago-15
Perimetral
O quadro seguinte mostra a quantidade de pessoas empregadas em cada
tipo de junta.
MO Juntas
nov-14
dic-14
ene-15
feb-15
mar-15
abr-15
may-15
jun-15
jul-15
ago-15
15
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Cobre (Inferior)
15
15
8
10
15
45
Compressão
10
10
Tração
5
5
20
20
Perimetral
12
45
45
30
10
10
10
35
55
20
20
25
60
55
50
45
45
45
40
35
30
30
25
20
20
15
15
8
10
10
20
20
15
12 10
5
10
5
10
20
10
10
jul-15
ago-15
nov-14
dic/14
Ene/15 Feb/15 mar-15
Cobre (Inferior)
abr-15 May/15 jun-15
Compressao
Tracao
Perimetral
2.4. Problemas observados
O maior problema observado foi nas juntas de tração.
A face de concreto foi executada por deslizamento com uma forma de 15m.
Para viabilizar o deslizamento das lajes de tração, com 7,5 m, com a mesma
régua deslizante das lajes de compressão, foi instalado uma “faca” para
induzir a junta. Durante o projeto da forma não foi adequadamente
considerada a flexão dessa forma e os efeitos dessa indução de junta na
deformação do conjunto. O resultado foi que houve uma deflexão da ordem
de 3 cm que reduziu o recobrimento de concreto na zona da junta de tração
que fica no meio da régua.
Isso impediu a correta perfuração para a instalação dos parabolts.
Felizmente o problema foi rapidamente detectado e adaptamos um ressalto
na régua deslizante para garantir a correta fixação da junta. Na laje que
apresentou o problema tivemos que realizar a reparação ao longo de toda a
junta.
Nossa recomendação é que se use esse mesmo ressalto ou que se
considere um contra flecha na régua para igualar a deformação prevista.
Também é necessário tomar cuidado com ondulações no concretado, um
efeito que pode ocorrer com frequência em formas deslizantes. As
ondulações excessivas comprometem a correta instalação do conjunto já que
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o elemento final de fixação é uma placa rígida perfurada, que não se adapta
facilmente às imperfeições da superfície de concreto.
2.5. Custos incorridos e/ou investimentos
A tabela abaixo indica os custos de execução das juntas conforme o tipo.
Junta Compressão
Mão de obra
Materiais
Subcontratado
Amortização
Equipamentos
Reversão
Índice
7,30
Custo Unitário (USD/m)
39,18
55,03
11,36
2,03
4,65
147,79
260,04
Junta Tração
Mão de obra
Materiais
Subcontratado
Amortização
Equipamentos
Reversão
Índice
9,80
Custo Unitário (USD/m)
65,01
336,34
55,01
1,05
12,45
249,34
719,20
Junta Perimetral
Mão de obra
Materiais
Subcontratado
Amortização
Equipamentos
Reversão
Índice
11,75
Custo Unitário (USD/m)
83,54
988,51
65,07
2,67
17,67
853,28
2.010,74
17
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Abaixo o quadro resumo dos custo incorridos:
Junta Compressão
Junta Tração
Junta Perimetral
Cantidad
Custo
Un.
Realizado
2.550,00
PA
%
Total Realizado
Total PA
Dif.
260,04
284,57
91%
663.102,00
725.653,50
- 62.551,50
2.906,00
719,20
745,49
96%
2.089.995,20
2.166.393,94
- 76.398,74
783,86
2.010,74
2.192,63
92%
1.576.138,66
1.718.714,95
- 142.576,30
4.329.235,86
4.610.762,39
- 281.526,54
Concluímos que dada a metodologia empregada tivemos uma economia
em relação ao previsto no PA de US$ 281.526,54.
3. RESULTADOS OBTIDOS
O resultado mais importante obtido é a garantia da segurança de uma das
barragens mais altas do mundo com um sistema inovador e com excelente
produtividade, que garantiu o cumprimento dos prazos contratuais, os
critérios de qualidade e especificação técnica do cliente e obedecendo os
custos orçados no PA.
4. ÁREAS DE APLICAÇÃO
As informações e metodologias contidas neste trabalho são aplicáveis em
barragens de enrocamento com face de concreto que prevejam juntas
similares às usadas em Chaglla.
É possível também extrapolar seu uso para sistemas de impermeabilização
de estruturas sujeitas a esforços e deformações da magnitude do nosso
Projeto.
5. CONTATOS
Carlos Lúcio Lopes Pinto, [email protected]
Fábio Luiz Lemos de Assis, [email protected]
Hedalina Rodríguez Carmen, [email protected]
José Ricardo Prandini Pereira, [email protected]
Júlio César de Miranda, [email protected]
Márcio Afonso Polidoro, [email protected]
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