Barragens e seus Componentes Metalomecânicos by SitiodoLivro.pt

ANSELMO VIEIRA

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BARRAGENS E SEUS COMPONENTES METALOMECÂNICOS

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FICHA TÉCNICA

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arranjo de capa: Ângela Espinha paginação: Alda Teixeira

título: Barragens e seus componentes metalomecânicos autor: Anselmo Vieira edição: Edições Ex-Libris® (Chancela Sítio do Livro)

1.a Edição Lisboa, fevereiro 2022

isbn: 978-989-9028-50-0 depósito legal: 493640/21 © Anselmo Vieira

Todos os direitos de propriedade reservados, em conformidade com a legislação vigente. A reprodução, a digitalização ou a divulgação, por qualquer meio, não autorizadas, de partes do conteúdo desta obra ou do seu todo constituem delito penal e estão sujeitas às sanções previstas na Lei.

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publicação e comercialização:

www.sitiodolivro.pt publicar@sitiodolivro.pt (+351) 211 932 500

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AGRADECIMENTOS

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Aos meus colegas de profissão nomeadamente do Brasil, a quem a partir de 1975 ensinei o que sabia, mas cujo retorno foi imensurável com a colaboração e partilha de saberes que eles por si só e com muito esforço adquiriram de forma extraordinária e à antiga SOREFAME (Portugal) e BARDELLA (Brasil) às quais me doei por completo durante 28 anos, mas que acreditando na minha competência, contribuíram indiretamente para a minha evolução com os inúmeros cargos que me confiaram. Ao conselho diretivo 2019/2022 da Região Centro da Ordem dos Engenheiros, pela prestimosa comparticipação na edição do livro.

À minha eterna fonte de inspiração, a minha esposa Ana Maria, a mãe mais dedicada que eu já conheci que, com a sua sapiência e paciência para além do seu desprendimento total em prol de mim, me impulsiona a partilhar com a humanidade os conhecimentos adquiridos.

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A ÁGUA

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A água, um bem finito embora fundamental à vida mesmo que os mais céticos o não queiram aceitar, tem sido completamente deteriorado e menosprezado pelo homem. No entanto o pouco conhecimento sobre a mesma e as preocupações sobre ela não são novas, tanto que até o apelidado “visionário” Leonardo da Vinci, sabendo que qualquer discussão que envolvia a água deveria ser feita de forma ponderada e contida, porque a água “foge” à lógica humana, dizia:

– Se tiveres que tratar com água, consulta primeiro a experiência e depois a razão.

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PREFÁCIO

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Pese embora a polémica que rodeia o assunto das barragens, na maioria das vezes alardeada como perniciosas por questões de modismo, os vinte e oito anos de trabalho do autor no ramo em seis países, engenheiro civil devidamente preocupado com a ocupação do espaço permeável do solo terrestre e perfeitamente consciente dos efeitos ambientais de todas as formas de geração de energia elétrica, permitem-lhe afirmar que a geração de energia elétrica através de barragens hidroelétricas projetadas no estrito cumprimento dos conceitos inerentes aos aproveitamentos energéticos ainda supera todas as outras, inclusivamente a eólica e a fotovoltaica, desde e obrigatoriamente que, as decisões sejam eminentemente técnicas e, absolutamente não politizadas. A geração de energia sempre foi e sempre será conflituosa e polémica, quer nos refiramos a energia atómica, hidroelétrica, eólica, mareótica, de biomassa, etc., infelizmente muitas vezes dando-se demasiada atenção a declarações e/ou publicações a técnicos, cientistas ou indivíduos, que, embora tenham um conhecimento ínfimo e reduzido apenas à sua realidade, não têm o conhecimento global dos problemas do povo, da economia e das nações como um todo, cada uns com a sua especificidade, que obrigatoriamente têm de ser devidamente aquilatadas. Note-se a breve texto e por mero exemplo da atualidade, que das duas últimas centrais de geração eólicas ou das fotovoltaicas, consideradas por muitos como as menos danosas, a realidade não é bem essa porque não só em cada ano incendeiam no mundo 150 torres eólicas e se ocupam espaços agrícolas com as fotovoltaicas, não existe ainda forma de reciclagem das pás das eólicas e dos restantes materiais, dentre eles grande quantidade de metais raros. No mundo inteiro existem inúmeros locais inaproveitados, mas com recursos hídricos, cuja instalação de uma central hidroelétrica 9

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seria uma opção extremamente benéfica em todas as vertentes, mas que as políticas, majorando a informação dos custos reais sem atender à verdadeira relação custo/benefício, descarta as oportunidades que não proporcionem lucros imediatos. Por outro lado, têm existido demasiados poderes/influências oligárquicas, que têm conseguido impor as suas políticas em detrimento das verdadeiras necessidades/oportunidades, que muito se afastam das alardeadas reuniões sobre as alterações climáticas e das opções limpas de geração de energia de que a humanidade necessita.

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ÍNDICE

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I – AS BARRAGENS 1. Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1. Energia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.1. Fontes não renováveis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.2. Fontes renováveis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. O conceito de barragem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1. Definição . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2. Abordagem histórica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.1. Barragens multiusos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.2. Barragens hidroelétricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Tipos de barragens em geral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1. Quanto aos materiais de construção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2. Quanto ao formato (perfil transversal) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. A transformação das energias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. As barragens de geração de energia elétrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1. Os prós e os contras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.1. A emissão de gases de efeito estufa . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.2. As áreas inundadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.3. Biodiversidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.4. Transporte fluvial e de sedimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.5. Sismos de barragem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2. Da geração ao consumo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3. O projeto das barragens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4. O princípio do funcionamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4.1. Queda bruta e queda líquida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5. Classificação das barragens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5.1. Pela utilização das vazões afluentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5.2. Pela altura da barragem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6. A constituição de uma barragem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1. Tomada d’água . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2. Casa de força . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3. Tubo de sucção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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6.4. Descarregador de cheias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.5. Eclusas de navegação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.6. Sistema de transposição de peixe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7. As pequenas centrais hidroelétricas (PCH’s e CGH’s) . . . . . . . . . . . . . . 8. A construção civil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1. As barragens de aterro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1.1. Transição entre as partes em aterro com as partes em betão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2. As barragens de betão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.1. O cimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.1.1. Controlo de qualidade do cimento . . . . . . . . . . . . 8.2.2. Os inertes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.2.1. O controle sucessivo da qualidade e granulometria dos inertes . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.3. A fabricação do betão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.3.1. A verificação constante das caraterísticas do betão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.4. O lançamento do betão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.5. O adensamento do betão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.6. A ocorrência de vazios no betão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.6.1. A precursão (bate-chocho) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.6.2. A gamagrafia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.6.3. A tomografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.6.4. A diferença entre gamagrafia e tomografia . . . . .

II – OS EQUIPAMENTOS METALOMECÂNICOS 1. Revisão bibliográfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Glossário . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Equipamentos diretamente ligados à geração . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1. Tomada de água . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1. Grades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1.1. Peças fixas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1.2. Painéis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1.2.1 Fixos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1.2.2 Móveis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1.3. Vibração/frequência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1.4. Deteção da perda de carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1.5. Máquina limpa-grades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.2. Comporta ensecadeira . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.2.1. Peças fixas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.2.2. Tabuleiro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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3.1.2.2.1. Vedações das comportas . . . . . . . . . . . 3.1.1.2.2. Dimensões . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1.2.3. Posição de montagem/sentido do fluxo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1.2.4. Deformação das vedações . . . . . . . . . . 3.1.1.2.5. Valor das deformações normais . . . . . 3. 1.1.2.6. Atrito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1.2.7. Prevenção na receção e na armazenagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.3. Viga Pescadora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.4. Dispositivos de calagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.5. Pórtico rolante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.6. Comporta de serviço/ emergência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.6.1. Peças fixas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.6.2. Tabuleiro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.6.3. Acionamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.6.4. Indicação de posição de comportas . . . . . . . . . . . 3.1.6.4.1. Comportas planas . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.6.4.2. Comportas radiais . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.7. By-pass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.8. Conduta forçada (geral) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.8.1. Chaminé de equilíbrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.8.2. Transição (quadrado-redondo) . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.8.3. Conduta forçada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.8.4. Junta de dilatação/expansão . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.8.5. Trecho final da conduta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.8.6. Os acidentes também ocorrem, a partir das condutas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2. Casa de força . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.1. Detalhes de um conjunto gerador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.2. Pontes rolantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.3. Caixa espiral e pré-distribuidor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.4. Distribuidor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.5. Turbinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.5.1. Imagens de alguns rotores (rodas) . . . . . . . . . . . . 3.2.5.2. Velocidade das turbinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.5.3. Aplicação de turbinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.5.4. Brochuras de vários conjuntos de turbinas . . . . . 3.3. Gerador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4. Transformador elevador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5. Tubo de sucção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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3.5.1. Revestimento do tubo de sucção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.2. Revestimento do pilar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.3. Comportas e pórtico rolante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Equipamentos não ligados diretamente à geração . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1. Descarregadores de cheias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.1. Descarga de fundo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.2. Descarregadores de superfície . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2. Sistema de descarga de troncos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3. Sistema de transposição de nível . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. Abordagem específica sobre comportas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1. Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2. Estimativa de peso das comportas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3. Projeto executivo de comportas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.1. Ensaios em modelos reduzidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.2. Análise numérica de fluidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.3. Dimensionamento básico de comportas planas . . . . . . 5.3.3.1. Comporta de superfície com carga somente a montante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.3.2. Comporta de superfície com cargas dos dois lados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.3.3. Comporta de fundo com carga somente a montante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.3.4. Comporta de fundo com cargas dos dois lados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4. Dimensionamento básico de comportas radiais . . . . . . . . . . . . . 5.5. Verificação do espaçamento das vigas horizontais . . . . . . . . . . . 5.5.1. Comportas submersas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5.2. Comportas de superfície . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.6. Dimensionamento das chapas de face . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.7. Dimensionamento das almas das vigas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.8. Dimensionamento da distância livre dos banzos . . . . . . . . . . . . . 5.9. Determinação da altura das vigas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.10. Enrijecimento do tabuleiro (estabilidade) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.11. Detalhes de projeto de comportas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.11.1. Comportas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.11.2. Equipamentos de levantamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.11.2.1. Pontes rolantes e pórticos . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.11.2.2. Servomotores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.12. Proteção anticorrosiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6. Qualidade dos materiais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1. Soldabilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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6.2. Materiais mais utilizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7. Aprovisionamento de materiais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1. Adicional para montagem e sobressalentes . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2. Quantidade de consumíveis a enviar à obra . . . . . . . . . . . . . . . . . 8. A Fabricação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1. Fases da fabricação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2. Atividades de cada fase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.1. Traçagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.2. Corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.3. Limpeza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.4. Convites/chamadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.5. Conformação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.6. Caldeiraria primária . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.7. Caldeiraria secundária . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.8. Soldadura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.8.1. Manual com elétrodo revestido . . . . . . . . . . . . . 8.2.8.2. Automática por arco submerso . . . . . . . . . . . . . 8.2.8.3. Semiautomática MIG/MAG . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.8.4. Manual TIG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.8.5. Taxas de depósito/rendimento dos soldadores 8.2.8.6. Garantia e avaliação da sanidade das soldaduras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.8.7. Pré-aquecimento na soldagem . . . . . . . . . . . . . 8.2.9. A automatização ou robotização das soldas . . . . . . . . . . 8.2.10. Tratamento térmico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.11. Acabamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.12. Desmontagem de caldeiraria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.13. Maquinagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.14. A ajustagem mecânica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.15. Balanceamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.16. Tratamento anticorrosivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.16.1. Limpeza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.16.2. Processos de limpeza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.16.3. Estados de intemperismo . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.16.4. Preparação das superfícies a tratar . . . . . . . . . 8.2.16.4.1. Com ferramentas metálicas . . . . . 8.2.16.4.2. Decapagem abrasiva ligeira (“brush-off”) . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.14.4.3. Decapagem abrasiva (comercial) . . . . . . . . . . . . . . . . .

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8.2.16.4.4. Decapagem abrasiva ao metal quase branco . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.16.4.5. Decapagem abrasiva ao metal branco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.16.5. Normalização . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.16.6. Perfis de ancoragem . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.16.7. Esquemas de pintura . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.16.8. Quantidade de tinta necessária . . . . . . . . . 8.2.16.9. Aplicação da tinta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.16.10. Cuidados necessários . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.16.10.1. Inspeção da decapagem . . . . 8.2.16.10.2. Inspeção da pintura . . . . . . . . 8.2.17. Pré-montagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9. Carga, transporte, descarga e armazenagem na obra . . . . . . . . . . . . . 9.1. Preparação e transporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2. Descarga e armazenagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10. Montagem de equipamentos hidromecânicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1. Peças fixas gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2. Peças fixas específicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3. Dispositivos de calagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4. Tabuleiros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.1. Comportas vagão/lagarta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.2. Comportas segmento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.2.1. Montagem dos Terminais dos Braços nas Bases das Articulações . . . . . . . . . . . . . . 10.4.2.2. Montagem da Estrutura do Tabuleiro e Braços . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.3. Retoques da pintura de fábrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.4. Pré-montagem dos elementos de comporta no “pipe-shopp” de obra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.5. Pré-montagem dos elementos de braços no “pipe-shopp” de obra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.6. Montagem dos Rodízios de Guia Lateral . . . . . . . . . . . 10.4.7. Montagem das Escadas e Passadiços . . . . . . . . . . . . . . 10.4.8. Montagem das Vedações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.9. Comportas basculantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.10. Montagem de tubulações hidráulicas . . . . . . . . . . . . . 10.4.10.1. Limpeza química . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4.10.2. “Flushing” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.5. O alívio de tensões em obra das juntas soldadas . . . . . . . . . . . . 10.5.1. Tensões residuais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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10.5.2. Verificação dos efeitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.5.2.1. Métodos de medição . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.5.2.1.1. Difração de RX . . . . . . . . . . . . . . 10.5.2.1.2. Método magnético . . . . . . . . . . 10.5.3. Tratamentos de alívio das tensões . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.5.3.1. Tratamento térmico (TTAT) . . . . . . . . . . . . . 10.5.3.1.1. Verificação e controle da temperatura . . . . . . . . . . . . . . . 10.5.3.2. Tratamento por vibrações induzidas . . . . . 10.5.3.2.1. A utilização deste processo . . . 10.5.3.2.2. O equipamento . . . . . . . . . . . . . 11. Ensaios conducentes à colocação em serviço . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1. A polémica da utilização dos equipamentos . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2. Testes/ensaios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2.1. Condições de realização dos ensaios . . . . . . . . . . . . . . 11.2.1.1. Vigas pescadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2.1.2. Tabuleiro da comporta ensecadeira (a seco) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2.1.3. Comporta ensecadeira (com água) . . . . . . . 11.2.1.4. Grades móveis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2.1.5. Grades fixas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2.1.6. Comportas vagão/lagarta . . . . . . . . . . . . . . 11.2.1.7. Comportas radiais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2.1.8. Comportas com acionamento dedicado . .

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I – AS BARRAGENS 1. Introdução

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Desde que Thomas Edison inventou em 1879 a primeira lâmpada e em 1881 se construiu a primeira central de energia elétrica na cidade de New York que efetivamente, houve uma revolução de tamanho idêntico ao promovido pelo desenvolvimento da máquina a vapor de James Watt e, a geração de energia elétrica tem incentivado às mais variadas invenções não só de equipamentos que a utilizam (antes disso a eletricidade já se utilizava), como na forma de a gerar. Desde a madeira utilizada para aquecer água em caldeiras que faziam mover geradores então de corrente contínua, passando pelas centrais térmicas que utilizam combustíveis fosseis como o carvão e derivados de petróleo, ondulação do mar, a força eólica e a energia atómica, a energia hídrica ainda é a mais comum das energias renováveis. Segundo o ICOLD/CIGB [30], uma das barragens mais antigas e ainda em utilização é a barragem de terra e enrocamento construída aproximadamente em 1.300 a.C., na região que hoje corresponde à Síria. Na China, um sistema de barragens e canais foi construído em 2.280 a.C. Várias barragens antigas, dos séculos XIII ao XVI, ainda estão em funcionamento no Irão. Um dos exemplos passa pela barragem de Minneriya, que teve a sua construção quando do reinado de Mahasen (276-303 d.C.) e, quando em 1900 foi descoberta, estava intacta. Em 1901 ela foi restaurada e, até hoje, continua em operação. As barragens são definidas como barreiras ou estruturas que cruzam córregos, ribeiras, rios ou canais para confinar e assim controlar o fluxo da água. A maioria das barragens existentes no mundo (71, 7%) é de uso único, embora haja um número crescente (28, 3%) de barragens de usos múltiplos. 19

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1.1. Energia

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O conceito de energia foi estabelecido por Isaac Newton, no século XVII: “Energia é a capacidade de um sistema físico realizar trabalho”, conceito científico que evoluiu ao longo do tempo. Mas para nossos objetivos, a ideia de trabalho entendida como processo, mudança de estado ou configuração de sistema já se torna mais abrangente e há diversos exemplos que se podem oferecer sobre a presença de energia ao nosso redor. Uma folha que cai, uma flor que se abre, um rio que corre, o nascimento de um ser vivo, uma simples caminhada, tudo depende de energia para ocorrer. Também são diversos os sinais de quanto dela se depende porque afinal é por ação da energia que podemos mover-nos. Todos os seres vivos necessitam de absorver energia para poder sobreviver e o ser humano, como um dos seres vivos não é exceção, pois até para um simples piscar de olhos, necessita dela. No caso particular dos mamíferos, a energia absorvida é oriunda dos alimentos, nomeadamente dos ricos em lipídios (ácido graxo e glicerol) mas, a primeira e principal fonte são os carboidratos, compostos orgânicos constituídos de carbono, hidrogênio e oxigênio {[C(H₂O)] n}, sendo a glicose (C₆H₁₂O₆) o carboidrato mais importante na biologia e é dela de quem primariamente o nosso corpo se utiliza como fonte de energia e, temos de ter a firme noção que tudo quanto nos rodeia é energia. À medida que o tempo passa o ser humano consome mais energia pelo fato natural do aumento da população e de cada vez mais se industrializar a produção e, deste modo, é gasta energia não só para produção de bens de consumo e de bem-estar, como para tratar os resíduos que produz, uma parte bastante significativa destes não são biodegradáveis e, pior, é que há resíduos que gastam mais energia para serem tratados, do que serem produzidos. No nosso planeta encontra-se uma gama muito substancial de fontes energéticas (recursos dos quais se pode obter energia) mas, lamentavelmente, a matriz energética mundial é ainda baseada no consumo de energias não renováveis. As consequências, evidentemente só mais recentemente constatadas como, por exemplo, mas não só o aquecimento global, o que obrigou a uma mudança na

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característica energética. Fontes alternativas estão sendo implantadas e procuradas para renovar a matriz energética. Podemos separar as fontes de energia em primárias e secundárias, em que as primeiras são aquelas que ocorrem da natureza como os combustíveis fósseis, água, vento, radiação solar e biomassa. Já as fontes secundárias são obtidas a partir das fontes primárias, por exemplo a produção de derivados dos combustíveis fósseis. Na fig. 1 ilustram-se os vários tipos de energia e aplicações diretas.

Figura 1 – Fontes energéticas e aplicações

A matriz elétrica mundial – conjunto de fontes disponíveis apenas para a geração de energia elétrica, não se podendo confundir com matriz energética (a matriz elétrica está contida na matriz energética) – em 2019 era baseada em combustíveis fósseis como carvão, óleo e gás natural, conforme se ilustra no gráfico 1.

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Gráfico 1 – Ilustração da matriz elétrica mundial, por fontes [16]

Mas de outra forma e talvez mais importante no momento, as fontes energéticas podem classificar-se em:

1.1.1. Fontes não renováveis

Provêm de recursos naturais que não se renovam e que certamente se esgotarão, uns a mais longo prazo, mas outros num limite temporal muito próximo. Seus principais representantes são os combustíveis fósseis (petróleo, carvão, gás natural), urânio e plutónio (energia nuclear). De forma geral os combustíveis fósseis e seus derivados produzem gases poluentes que podem ser provenientes da combustão direta, do funcionamento dos motores de combustão, dos acidentes com derrames de oleodutos e reservatórios, etc. Já no caso da centrais nucleares o grande problema, por vezes catastrófico, é a radiação quando de uma fuga. Na fig. 2 mostram-se exemplos das fontes energéticas não-renováveis. Segundo os cálculos mais recentes, existem na terra combustíveis fósseis para mais 40 anos se for somente usado petróleo bruto e mais de 200 anos se usado somente o carvão mineral.

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(b) Carvão

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(a) Petróleo

(d) Energia nuclear

Figura 2 – Fontes de energia não renovável

1.1.2. Fontes renováveis

São recursos ilimitados e nessa categoria destacam-se a energia solar, a eólica, a das ondas e marés, a geotérmica, a biomassa e a hídrica. Faz-se notar que, numa escala muitíssimo baixa, também estas fontes energéticas podem causar impactos no meio ambiente. A fig. 3 ilustra de forma esquemática, as fontes de energia renovável. Segundo o site Inovação Tecnológica [20] no decurso do tempo a hidroeletricidade “fez” muitos inimigos, face ao estigma da ocupação de grandes áreas e, neste contexto, têm vido a ser desenvolvidos estudos e experiências conducentes à geração de energia elétrica de fontes renováveis diferentes das que conhecíamos até então, como por exemplo a hidrogeração sem barragem de armazenagem, que um grupo de engenheiros liderados pelo professor Bernhard Brunner, do Instituto Fraunhofer ISC (Instituto para Pesquisas de Silicatos), na Alemanha está a desenvolver. 23

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Figura 3 – Ilustração demonstrativa das fontes de energia renovável

Conforme o protótipo ilustrado na fig. 4, o sistema passa pela utilização de microgeradores produzidos com polímeros elastoméricos (borrachas flexíveis), capazes de gerar energia elétrica diretamente a partir do movimento que é transmitido a geradores convencionais de pequeno porte, o que elimina a necessidade da utilização de turbinas acionadas pela passagem da água, não necessitando de infraestruturas de grandes dimensões.

Figura 4 – Protótipo flutuante de conjunto de microgeração hídrica. [Foto: Fraunhofer ISC]

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Estão a ser desenvolvidos microgeradores flutuantes e fixos ao leito do rio e destinam-se essencialmente à utilização em pequenos cursos d’água, podendo serem instalados em cursos com um caudal que gere uma velocidade de 0, 5 m/s e a profundidades a partir dos 50 cm, com o objetivo primário de desenvolver geradores miniaturizados, com potência de cerca de 100 watts cada um, que possam ser utilizados diretamente pela população. Não direta mas indiretamente, são também consideradas de renováveis outras fontes, a partir da biomassa:

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• Biodiesel: Obtido a partir de óleos orgânicos, como o de soja, o de colza e de plantas oleaginosas. • Bioetanol: Produzido principalmente a partir da cana-de-açúcar, do eucalipto e da beterraba, por fermentação de hidratos de carbono (açúcar, amido e celulose). • Biogás: Constituído em média por 60% de metano e 40% de CO₂, obtido pela degradação biológica anaeróbica dos resíduos orgânicos ou mais conhecido como a decomposição da matéria orgânica de micro organismos de animais e plantas.

Na incessante procura de alternativas pelo ser humano, há pelo menos mais duas fontes já em estudo avançado, mas ainda não comercialmente disponíveis:

 F otossíntese: À semelhança das plantas, “folhas artificiais”, conseguem quebrar as moléculas de água apenas com a energia da luz do Sol, produzindo energia elétrica.  H idrogénio: Utiliza a reação entre o hidrogénio renovado em permanência (enquanto combustível) e o oxigénio do ar (enquanto comburente) para, através da libertação de eletrões, produzir água.

2. O Conceito de Barragem No capítulo anterior abordaram-se os diversos contextos da energia, mas, no entanto, as barragens não necessariamente são produtoras de energia (elétrica, mecânica e outras) mas, pelo con25

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trário têm desde há muito, as mais diversas aplicações, até porque a sua adoção pelos humanos não teve essa finalidade, como ilustrado no quadro 1. Quadro 1 – Finalidades e utilização das barragens – Fonte: CIGB/ICOLD [21] PERCENTAGEM DO GLOBAL (%)

Irrigação e dessedentação

48,6

Geração de energia

17,4

Suprimento de água

12,7

FINALIDADE

10,0

Paisagismo, urbanismo e recreação

5,3

Navegação e piscicultura

0,6

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Controle de enchentes e regularização das vazões

Contenção de rejeitos e outras funções

5,4

2.1. Definição

Barragens definem-se como barreiras ou estruturas construídas artificialmente nos recursos hidráulicos superficiais permanentes ou temporários, para controlar o fluxo da água e permitir melhorar ou proporcionar a sua utilização em diversos fins, nomeadamente regularização de vazão, controle de cheias, abastecimento urbano e industrial de água, irrigação, recreação, piscicultura, navegação, produção de energia elétrica e ainda a contenção e acumulação de substâncias líquidas e sólidas provenientes do processo de beneficiamento de minérios, compreendendo não só o barramento em si, mas também as estruturas associadas. As barragens variam em tamanho desde pequenos maciços de terra, usados frequentemente em quintas e/ou herdades, a estruturas de porte considerável. O perfil-tipo e a diretriz de uma barragem dependem de uma série de fatores como da sua localização relativa, da topografia do local de implantação, das suas dimensões, dos materiais constituintes e das condições de fundação, mostrando-se na Fig. 5 vários exemplos de tipos de barragens. 26

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(a) Barragem de terra homogénea

(b) Barragem de terra zoneada

(d) Barragem de betão Figura 5 – Exemplos de tipos de barragem 27

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