A CONDUTA FORADA DO APROVEITAMENTO HIDRO-

ELCTRICO DE PARADELA

J. NIETO GUIMARES Engenheiro Civil

SANTOS PAUPRIO Engenheiro Civil

DA SECO DE ESTUDOS E PROJECTOS DA HIDROELCTRICA DO CAVADO

1. -I N T R O D LI A O 2.-ESQUEMA GERAL DO APROVEITAIVIENTO DE PARADELA

Descreve-se no presente a rtigo a conduta for-ada do aproveitamento de Paradela e apresentam-se algumas consideraes relativas definio do seu traado, dimetros, solicitaes, caractersticas do ao empregado, clculo da espessura da chapa, tra-balhos de construo civil e montagem, conservao da conduta e dispositivos para medies e ensaios.

Faz-se preceder esta descrio de uma ligeira referncia s caractersticas gerais do aproveita-mento em que se integra esta impo rtante obra.

O escalo de Paradela, no rio Cvado, , por ordem cronolgica da sua realizao, o qua rto apro-veitamento hidroelctrico realizado nos rios Cvado e Rabago pela Hidro Elctrica do Cvado.

A sua entrada em servio efectuou-se no dia 20 de Novembro de 1956, logo que a barragem atingiu uma altura que permitiu o funcionamento do apro-veitamento a fio de gua.

O reforo de produo trazido rede nacional pelo escalo de Paradela foi providencial, pois as reservas hidroelctricas no inverno de 1956-57, que se apresentou at meados de Fevereiro de pluvio-sidade excepcionalmente fraca, chegaram a ser muito inferiores s da curva guia estabelecida para as albu-feiras da rede primria do sistema portugus. A pro-duo de Paradela, que atingiu cerca de 40 x 10 6

kWh at 15 de Fevereiro do corrente ano, contribuiu eficazmente para melhorar a situao geral do Pas quanto ao seu abastecimento de energia hidroelc-trica, afastando o risco de restries de consumo.

A barragem de Paradela, no rio Cvado, situa-se no concelho de Montalegre, a cerca de 13 km a mon-tante da confluncia dos rios Cvado e Rabago. Quando concluda a construo da barragem o que se prev para Maro/Abril de 1958, aproveitar--se- neste escalo a energia das guas do Cvado numa queda bruta de 460 m, entre as cotas (740) e (280); no seu funcionamento actual a fio de gua, a cota mxima normal atingida na albufeira (668).

A albufeira criada por uma grande barragem de enrocamento, do tipo de cortina estanque de beto armado, que ter 112 m. de altura quando concluda. A capacidade til de armazenamento ser de 158 x 106 m3 com o nvel mximo normal de reteno cota (740).

As guas so derivadas desta albufeira para a central de Vila Nova, que a central comum aos escales de Venda Nova e Paradela, atravs de ex-tensas obras de derivao, que, a seguir, se descrevem no sentido montante-jusante, essencialmente consti-tuidas por (fig. I):

Tnel I: com 8,2 km de extenso e 2,80 m de dimetro nas zonas em que revestido de beto, e 2,25 m. nas zonas em que blindado. Este tnel tem o seu incio na albufeira e de-senvolve-se at prximo da povoao de Santa Marinha.

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Zona A da conduta : a cu aberto, com 660 m de extenso e dimetro de 2,35 m, que liga a boca de sada do tnel I com a boca de entrada do tnel II descrito a seguir.

Tnel II: com 1.240 m de extenso no qual se podem distinguir dois troos:

o primeiro com 950 m de comprimento e o dimetro interno de 2,25 m blindado com chapa de ao.

o segundo com 290 m de comprimento, constitudo por uma galeria visitvel de 3,55 m de dimetro, no interior da qual se montou a conduta de 2,25 m de dimetro conforme a disposio indicada no corte C C' da fig. I.

Na transio destes dois troos localiza-se a vlvula de topo da conduta, do tipo bor-boleta. distncia de 170 m a montante desta vlvula de topo, e, portanto, no troo blindado, insere-se o poo da cha-min de equilbrio.

Zona B da conduta : localizada entre a vl-vula de topo da conduta e a central, tem uma extenso de 1.326 m. e o seu dimetro va-rivel de 2,35 a 2,05 m. Inclui o trecho da conduta em galeria com 290 m, j referida no tnel II, e ainda outro trecho de cerca de 100 m. igualmente montado no interior de uma galeria visitvel de 3,55 m de dimetro interior, galeria esta que designaremos por tnel III; os restantes 936 m desta zona so montados a cu aberto.

Na central de Vila Nova que, como dissemos, comum aos escales de Venda Nova (albufeira no rio Rabago) e Paradela (albufeira no rio Cvado), o caudal derivado de Paradela alimenta um grupo de 60.000 kVA equipado com turbina Francis e, quando houver convenincia na explorao, poder alimentar tambm o grupo n. 3 de Venda Nova, de 30.000 kVA, equipado com duas rodas Pelton. Neste caso, o caudal mximo transportado pelas obras de derivao de Paradela de cerca de 24,5 m3/seg (15,5 m3/seg para a turbina Francis e 9 m3/seg. para a Pelton).

3. - DESCRIO GERAL D A CONDUTA

de cerca de 2.000 m, construda em ao crmio-cobre 54. Deve notar-se que apenas se consideram como conduta os troos montados a cu abe rto ou no interior de uma galeria visitvel, nos quais a pres- so interna suportada unicamente pela chapa, sem colaborao do terreno circundante; excluem-se, por-tanto, desta designao todos os troos de tnel re-vestidos com blindagem de ao que atingem um total de 2.300 m.

Conforme j referido no captulo 2 consideram-se duas zonas da conduta designadas por zona A e zona B (figs. I e II).

A zona A encontra-se localizada a montante da chamin de equilbrio; tem 660 m de comprimento e um dimetro interno constante e igual a 2,35 m; a espessura da chapa de 11 e 12 mm. A cota do eixo da conduta no incio desta zona (605,8) e no extremo de jusante (605); a pendente assim de cerca de 0,09%. 0 traado da conduta apresenta vrias curvas em planta que resultaram da adaptao s condies topogrficas do terreno. E nesta zona que, para atravessamento de uma profunda linha de gua, houve que montar a conduta sobre cava-letes de beto armado que chegam a atingir 16,5 m. de altura acima do terreno, obra cuja descrio por-menorizada se faz no captulo 9.

A zona B, situada a jusante da chamin de equi-lbrio, tem um comprimento de 1.326 m, medido entre a vlvula de topo da conduta e o macio de amarrao M5 junto central. O dimetro interno varivel de 2,30 a 2,05 m e a espessura da chapa cresce de milmetro a milmetro desde os 12 mm no incio da zona, logo a jusante da vlvula de topo, at aos 35 mm chegada ao macio M 5. A curva que fica ancorada a este macio realizada em chapa de 43 e 44 mm de espessura.

A conduta de Paradela uma conduta metlica

Fig. 1 Troo final das condutas de Vila Nova e Paradela.

sem juntas de

dilatao, com uma extenso total

Ao fundo , a Central de Vila Nova. A direita nota-se a via e o charriotu de montagem

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A cota do eixo da conduta no incio desta zona (605) e no extremo de jusante, junto central (284,5). Quanto sua pendente notam-se dois troos distintos : o primeiro com 735 m de comprimento, localizado entre o poo da vlvula (605) e o macio M2 (561,8) tem uma pendente mdia de apenas 6%; o segundo, que se situa entre o macio M 2 (561,8) e o macio M5 (284,5) junto central, com um com-primento de 591 m, tem uma forte pendente mdia de cerca de 50%, que chega a atingir 80% na parte final.

Entre o poo da vlvula (incio da zona B) e o ponto N assinalado nas figs. I e II, o traado da conduta apresenta tambm algumas curvas em planta. A jusante do ponto N e at ao macio M5 junto central, a conduta segue em alinhamento recto paralelo conduta de Venda Nova (fig. 1).

No macio M5 existe uma curva de cerca de 90 qual se segue um curto troo que conduz s turbinas o colector montado dentro do edifcio da central.

O reforo da conduta contra as depresses inte-riores constituido por anis de rigidez em canto-neira, soldados no extradorso. Este reforo usou-se ao longo de toda a zona A, e na zona B apenas at seco com o eixo cota (533); a jusante deste ponto no necessrio o reforo da conduta contra aquela solicitao em virtude da espessura atingida pela chapa ser suficiente para garantir a sua esta-bilidade de forma.

4.-DEFINIO E CONDI-CIONAMENTOS DO TRA-ADO DA CONDUTA

No traado da conduta de Paradela procurou-se atender topografia do terreno de forma que se evi-tassem terraplanagens e obras de a rte de custo ex-cessivo, conjugando estes factores com os objectivos de reduzir o desenvolvimento total da conduta e o seu peso, tendo em vista obter no conjunto a obra mais econmica, sem esquecer que as perdas de carga acidentais e de atrito representam encargos na ex-plorao.

O traado tem como pontos obrigatrios de pas-sagem a boca de sada do tnel I, a chamin de equilbrio e a central de Vila Nova.

Na localizao da chamin de equilbrio aten-deu-se convenincia de a aproximar da central, sem perder de vista que a sua construo se deveria efectuar em poo, pois a soluo de uma chamin em torre no era econmicamente vivel, dado o seu grande volume e altura. Estudadas cuidadosamente as condies topogrficas do ter-reno, conseguiu-se uma implantao satisfatria que

permitiu a construo de toda a chamin em esca-vao (salvo uma pequena zona da cmara superior que foi construda de beto armado), sendo a dis-tncia entre o seu ponto de insero no tnel e a central de 1.500 m.

Conforme se referiu j na descrio geral da conduta, distinguem-se no seu traado 2 troos que se designaram por zona A e zona B, situados res-pectivamente a montante e a jusante da chamin de equilbrio.

Foram as condies topogrficas do terreno e a implantao da chamin de equilbrio que deter-minaram esta disposio que no muito corrente, pois geralmente, nos aproveitamentos hidroelc-tricos do tipo do de Paradela no existe conduta a cu aberto a montante da chamin ( 1).

O estudo econmico do conjunto das obras de derivao mostrou que a soluo adoptada niti-damente prefervel, pois a soluo habitual, em que a derivao se faz por tnel em carga at chamin de equilbrio, obrigava a um aumento do compri-mento do tnel, o qual, por motivo da deficiente cobertura, m qualidade da rocha atravessada e grande presso a suportar, teria de ser blindado; ora em igualdade de dimetros, o custo de um tnel blindado , por metro corrente, nitidamente supe-rior ao de uma conduta a cu abe rto.

No traado em planta introduziram-se em cer-tas zonas algumascurvas que, embora alonguem ligeiramente o comprimento da conduta e ocasio-nem perdas de carga acidentais, adaptam melhor o traado ao terreno e conduzem a soluo tcni-camente vivel e mais econmica no conjunto. Noutras zonas, porm, tal soluo surgiu recorren-do construo de importantes obras de arte a que faremos referncia em pormenor no captulo 9.

Em perfil longitudinal (figs. I e II) o eixo da conduta apresenta uma pequena pendente mdia nos troos de montante (zona A e incio da zona B), to pequena quanto a compatvel com a condio, imposta com prudente margem de segurana, de que a linha piezomtrica mnima no corte a con-duta em nenhum ponto. Com esta disposio pro-curou dar-se ao perfil uma pequena inclinao em grande parte do seu traado, enquanto as condies do terreno o permitiram, de forma que se concen-trasse um grande desnvel na sua zona final, encur-tando, assim, o comprimento dos troos sujeitos s maiores presses, do que resultou uma importante economia no peso total do ao da conduta.

( 1 ) Existe em Portugal outro aproveitamento, o de St.a Luzia, da Companhia Elctrica das Beiras, em que prticamente toda a derivao feita em conduta a cu aberto, existindo a montante da chamin um troo de conduta com a extenso de cerca de 1,4 km.

'41

4 nD2

2

j = 16 Q1 = 10,3 Qj M-2 r2 D4 M2 X 0,25'1 D'1,

dV dA dD + pa dD

= 0 (1)

em que :

A partir do ponto N (figs. I e II) o traado da conduta de Paradela mantm-se paralelo ao de Venda Nova, descendo as duas a montanha segundo a linha de maior declive, de fo rte pendente mdia, at central de Vila Nova (fig. 1).

em que :

v o preo de venda do kWh. n o nmero de horas de utilizao dos grupos

geradores. Qi conforme j definido. M coeficiente de rugosidade de Strickler.

5. DETERMINAO DOS DIAMETROS DA CONDUTA

Os dimetros da conduta foram determinados estabelecendo a condio de ser mnima a soma do valor da energia anual perdida em consequncia das perdas de carga por atrito e do valor dos en-cargos anuais do capital investido na construo e montagem da conduta.

A energia dissipada em perdas de carga por atrito proporcional ao caudal e ao valor da perda de carga, e esta , por sua vez, proporcional ao quadrado do caudal; resulta que aquela energia proporcional ao cubo do caudal turbinado. Como este caudal muito varivel durante o dia e durante o ano, introduziu-se no clculo o valor do caudal fictcio permanente Q, que, ao percorrer as obras de derivao, ocasiona as mesmas perdas de energia por atrito que o caudal varivel correspondente ao diagrama provvel de funcionamento da central.

Partindo da frmula de Strickler

u = M j11f R'1.

em que j a perda de carga por ml. de conduta, obtm-se, notando que:

R= D

e u= 4Q

Subdividiu-se a conduta de forma que, em cada troo considerado, a relao entre a espessura m-xima e minima da chapa atinja quando muito 1,3. Para cada um destes troos determinou-se o di-metro mais econmico admitindo que a espessura da conduta constante e igual mdia ponderada das diferentes espessuras existentes. Esta forma de proceder suficientemente aproximada, e s se jus-tificaria trabalhar com maior rigor se se pretendesse um nmero elevado de dimetros na conduta dife-rindo entre si de poucos centmetros, o que, como evidente, no construtivamente aceitvel.

Designando por Pa o preo do ao em obra, incluindo os trabalhos de montagem cujo custo se possa considerar proporcional ao dimetro, o custo de 1 ml de conduta ser dado por

A=T a .Pa .r . D.ea

em que e a espessura da chapa e Ta o peso espe-cfico do ao (7850 kg/m 3).

Dever ser mnima a expresso

V p. A

donde a equao

Admitindo um rendimento global de 0,85 para o conjunto turbina-alternador-transformador, a esta perda de carga corresponde uma perda de energia, expressa em kWh, de:

dV

i6 = . 86 ea. v. Q 3 . M.-2 D-1813 dD 3

Q t X 0,85 X 1000 X 10,3 X

0/1/-2 D "/' W kY4'h

75 X 1,36

dA = 7850. - Pa . 1' a

dD

= 8,35 QI X 10,3 x Qt M-2

D"1 '

O valor anual desta energia perdida de:

V= 86 v n Qt M-2 D "1'

substituindo estes valores em (1) determina-se D. O estudo feito por aproximaes sucessivas;

como os dimetros mais econmicos pouco variam com pequenas variaes de espessura da chapa, rpi-damente se obtm a soluo do problema.

42

6.- DIAGRAMA DAS PRES- SOES MXIMAS A SUPOR- TAR PELA

CONDUTA

A conduta foi calculada para resistir em per-feitas condies de segurana s presses definidas por um diagrama que se obteve sobrepondo linha giezomtrica correspondente ao nvel mximo atin-dido pela oscilao da gua na chamin de equilbrio (749,5), o diagrama das sobrepresses de choque hidrulico mais desfavorvel (fig. II).

Deve notar-se que esta forma de proceder pessimista, pois a sobrepresso mxima de choque hidrulico obtida nos cortes de pequenos caudais, e, para estas manobras, o nvel da oscilao da gua na chamin de equilbrio no atinge, evidentemente, a cota mxima No caso de Paradela, porm, como esta cota mxima de apenas 6,4 in superior ao nvel mximo de cheia na albufeira (743,1), a im-preciso cometida conduz a um erro relativo pe-queno, prticamente despresvel e do lado da se-gurana.

Tem-se, assim, que a conduta fica sujeita em cada ponto a uma presso mxima pi que se obtm pela soma de presso esttica pe e da presso resultante do choque hidrulico ps . Definido o perfil longitu-dinal da conduta, a presso p e fica perfeitamente determinada em cada ponto; a presso ps porm, dependente do intervalo de tempo A T eni que se realiza a variao , Q do caudal transportado pela conduta e ser tanto menor quanto menor for

o cociente Q . Pode dizer-se pois que a conduta A t

ser tanto mais econmica quanto mais lentas forem as variaes do caudal transportado, mas este prin-cpio no se pode aplicar sem restrio, pois,

medida que se diminui o cociente

Q mais lenta

O t se torna a resposta da mquina aos pedidos da rede, o que pode ocasionar condicionamentos na explorao. Ponderados estes factores, o econ- mico e o de explorao, e de acordo com o forne-

cedor da turbina de Paradela, o valor de a Q A t

foi fixado de forma que a sobrepresso do cho- que hidrulico no extremo de jusante da conduta no ultrapasse o valor de 14% da queda bruta m- xima do aproveitamento (ps

max = 0,14 x 460 = = 64 m). Como a distncia da chamin de e quill- brio

central grande 1.500 m e o valor de Ps max 6 uma funo crescente dessa distncia, aque-

l a limitao implica um valor de

Q

reiativa - p t

mente pequeno, isto , uma variao lenta do caudal.

Por outro lado, absolutamente necessrio que, no caso de um corte brusco da carga elctrica (dis-paro dos grupos, por exemplo), o caudal que estava a ser turbinado deixe de actuar em poucos segundos sobre a turbina, para se evitarem sobrevelocidades excessivas do grupo.

Por estes motivos existem nas turbinas alimen-tadas pela conduta de Paradela dispositivos espe-ciais cuja funo precisamente desviar em poucos segundos o caudal que alimenta a turbina quando da ocorrncia duma supresso brusca de carga elc-trica, realizando-se depois o co rte do caudal des-viado num tempo compatvel com o valor mximo da sobrepresso de choque hidrulico psmax. admi-tido. Tais dispositivos so constitudos na turbina Pelton pelo dispersor do jacto do injector que actua em 4 seg, realizando-se depois o fecho com-pleto do injector em cerca de 60 seg, e na turbina Francis por uma vlvula compensadora sncrona com o distribuidor, isto , uma vlvula cuja aber-tura total se realiza simultneamente com o fecho do distribuidor de plena carga a zero, num tempo de 2,25 seg, de forma que, no caso de um co rte brusco de plena carga a zero, o caudal deixa de ac-tuar sobre a roda da turbina e derivado para o exterior atravs da referida vlvula num tempo de 2,25 seg. O fecho desta realiza-se em seguida lenta-mente, em cerca de 80 segundos.

A determinao das sobrepresses ao longo da conduta foi feita cuidadosamente pelo mtodo gr-fico de Schneider-Bergeron.

7.-TIPO DE AO UTILIZADO

A conduta de Paradela foi inteiramente fabri-cada em Portugal nas Sociedades Reunidas de Fa-bricaes Metlicas, Limitada (SOREFAME), sendo desta mesma Sociedade a autoria dos clculos de estabilidade de toda a construo metlica.

No queremos deixar de referir que a SORE-FAME se desempenhou desta importante misso plenamente a contento e demonstrando, mais urra vez, uma invulgar competncia tcnica que muito honra a indstria e a engenharia portuguesas.

Para a execuo da conduta props a SORE-FAME a utilizao de um tipo de ao de alta resis-tncia, com crmio e cobre, Siemens-Ma rtin supe-rior, soldvel e semi-inoxidvel, segundo a especi-ficao n. 257 da Sociedade Nacional dos Cami-nhos de Ferro Franceses, com as seguintes caracte-rsticas mecnicas:

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R37 10,90

R 54 15,45

Carga de ruptura N > 54 kg/mm$

Limite aparente de elastici- dade . Ea

> 34 kg/mm2 Alongamento

A > 20%

A utilizao deste ao envolvia o conhecimento da difcil tcnica da sua soldadura, problema que estava j perfeitamente estudado e dominado pela casa construtora.

O emprego deste tipo de ao permitiu uma no-tvel reduo do peso total da conduta, conduzindo soluo mais econmica dentre todas as apresen-tadas pelas casas consultadas para o fornecimento.

Parece-nos interessante fazer uma comparao entre o custo aproximado da conduta realizada em ao 54 (limite aparente de elasticidade E a = 34 kg/ 1mm2) e um ao normal Siemens-Martin 37 (limite aparente de elasticidade Ea = 24 kg/mm2 ).

Adoptando para os dois aos o mesmo coeficiente de segurana com que a conduta de Paradela foi calculada,

s= 2,2, tem-se que as tenses de segu-rana so:

34 R64 = = 15,45 kg/mm2

2,2

R37 = 24 = 10,90 kg/mm2 2,2

Para o mesmo dimetro e para a mesma presso, as espessuras

e da chapa e portanto os pesos P das condutas esto na proporo:

= 0,705 P37

visto ser

266 =k P54 ^

e37 =k P37=

Isto o a conduta construda em ao 54 tem cerca de 70% do peso da conduta em ao 37.

A relao C54 entre os custos do kg. de ao 54 C 37

e ao 37, em obra, data do incio do fabrico da conduta era de aproximadamente

C54 = 1,10

C37

valor que resultou da diferena de custos do mate- rial e da mo de obra; de facto a chapa de ao 54 era mais cara $50 em kg e o custo da mo de obra

deste ao era tambm um pouco superior do ao 37.

O custo C64 da conduta executada em ao 54 proporcional ao peso Pb4 e ao custo c64 do kg. de ao 54 em obra.

Ser, portanto,

C54 = P54 X 654

Idnticamente para o ao 37 ter-se-ia:

C37 = P37 X C37

A relao dos custos da conduta em ao 54 e ao 37 assim:

P64 X

C3 7 P37

Isto , a conduta realizada em ao 54 fica cerca de 22% mais barata que a mesma conduta realizada em ao 37. Esta percentagem refere-se, como bvio, apenas ao custo da construo metlica, excludas as verbas de pintura, montagem, construo civil, etc.

8. DINiENSIONAIVIENTO DA ESPESSURA DA CHAPA E CL-CULOS DE VERIFICAO DA ESTABILIDADE

Limitamo-nos neste captulo a dar uma ideia geral das solicitaes consideradas no clculo e da forma como foi conduzida a verificao das condi-es de estabilidade da chapa.

Como a conduta foi projectada sem juntas de dilatao, h que considerar no clculo os efeitos das variaes trmicas em relao temperatura qual se executa a soldadura final de montagem que estabelece a continuidade da conduta entre cada dois macios de amarrao consecutivos.

Lgicamente, essa temperatura de montagem deveria ser a correspondente ao valor mdio da temperatura mxima e mnima do ao da conduta quando em servio. Mas estas temperaturas so impossveis de determinar com rigor, de forma que nos contentamos com considerar uma temperatura de montagem que, com relativa frequncia, se esta-belecesse em todo o trecho a fechar, na poca do ano em que, de acordo com os programas, se previa executar essa soldadura de fecho, e determinar quais as variaes trmicas que podiam verificar-se sem que a tenso da chapa ultrap assasse a tenso de segurana admitida.

P64

p r s R54

Prs R37

C54 C64

0,705 x 1,10 s 0,78 C37

44

A temperatura de montagem foi fixada em 170C,

atendendo a que se previa realizar o fecho dos diferentes troos no Outono. Pelo critrio admitido para a composio de tenses, adiante exposto, verificou-se que a conduta em servio poderia suportar em condies normais de segu-rana uma variao de temperatura de 13 0 em relao temperatura de montagem, o que significa que s para temperaturas da chapa superiores a 300 C ou inferiores a 4 0 C que as tenses resul-tantes ultrapassariam as tenses de segurana admi-tidas. Tais temperaturas extremas parecem-nos, porm, fixadas com margem de segurana prudente, se atendermos a que o grande volume de gua exis-tente na conduta em servio atenua as variaes de temperatura da chapa. No caso da conduta vazia admitiu-se, como bvio, variaes de temperatura maiores, mas mesmo para variaes da ordem dos 400 C, as tenses na chapa so inferiores s do caso anterior.

A tenso de traco ou compresso longitudinal resultante da variao de temperatura A T foi determinada pela expresso:

em que:

ac a tenso composta resultante na chapa.

a tenso de traco dirigida segundo

e

a tangente circunferncia de raio r.

ay , em cada ponto, a tenso resultante das se-

guintes tenses longitudinais conside-radas:

tenso de flexo devido ao peso

prprio tenso de compresso devida com-ponente do peso prprio de toda a

conduta compreendida entre a seco considerada e o macio de amarrao mais prximo a montante tenso devida ao efeito de Poisson.

a= =riax

aT tenso longitudinal proveniente da variao de temperatura.

as = pr

al

a2

a3

em que:

a = F = E ac. ' T

T S S L 2 S

Ser pois:

ay= al+ a2+ a8+ o T

E mdulo de elasticidade do ao = 2,1 x x 106 kg/cm2

a coeficiente de dilatao trmica do ao = = 0,0000116

0 T variao de temperatura em graus cent-grados

L comprimento do troo de conduta entre macios de amarrao

L comprimento do troo de espessura cons-tante

S rea da seco de ao do troo L. S rea da seco onde se determina a tenso ar .

Nos troos em alinhamento recto entre macios verificou-se que, no caso da conduta vazia e sujeita a uma variao de temperatura de + 40 0 C, o coeficiente de segurana encurvadura no plano vertical (que daria origem a que a conduta levan-tasse dos apoios) de 2,7.

Na hiptese da conduta em servio, adoptou-se para a composio das tenses o critrio de cons-tncia da energia especifica da mudana de forma por deslizamento ou da energia de distorso mxima, traduzido por:

ac =

ax2 +a 2 az 3 ^ .0 +

xy

Txy tenso de corte devido ao peso prprio.

A). MONTANTE DO PONTO ON

CONDUTA DE PARADELA

CONDUTA DE VENDA NOVA

0-A JUZANTE DO PONTO NO

Fig. 2 Perfis tipo da plataforma da conduta

45

Em todos os pontos da conduta verificou-se a condio

E < a = 15,45 kg/mm2

s

onde Ea o limite aparente de elasticidade do ao utilizado, 34 kg/mm2 , e s o coeficiente de segurana adoptado, 2,2.

Como medidas de segurana e garantia de exe-cuo, as soldaduras da conduta foram controladas radiogrficamente e os tubos sujeitos na oficina a uma prova hidrulica a uma presso de 2 vezes a presso de servio.

9 . -TRABALHOS DE CONSTRUO CIVIL

a) Terraplanagens e obras de arte

Ao definir a implantao da plataforma de mon-tagem da conduta procurou-se que a pista ficasse em escavao ou, quando muito, sobre um aterro de pequena altura, de modo que os macios de amarrao da conduta e os de apoio dos beros ficassem fundados em bom terreno.

O perfil transversal desta plataforma (fig. 2) tem a largura de 4,70 m, sendo 3,00 m ocupados pela conduta e macios de fundao dos beros e 1,5 m por um caminho de ronda ao longo da conduta. No sop dos taludes em escavao construiram-se valetas colector as da gua das chuvas a fim de defenderem a plataforma de eroses. Como defesa contra a eroso dos taludes disps-se na crista destes uma valeta de cerca de 1 m de largura e 0,50 m de profundidade.

Procurou-se que os taludes de escavao no excedessem, em regra, 8 m de altura, dando-lhe

Q Q5 1 Fig. 3 Bero mvel da conduta com possibilidade de des-

locamento longitudinal e transversal

a inclinao de 3/2 para assegurar a sua estabilidade sem revestimento; no entanto, entre os tneis II e III, foi necessrio suportar o talude de escavao com um muro de beto na extenso de cerca de 30 m.

A jusante desta zona as condies topogr-ficas eram ainda mais desfavorveis e obrigavam a taludes de escavao excessivamente altos. A so-luo de desviar o traado e contornar o cabeo que se apresentava, era anti-econmica pois aumentava de algumas dezenas de metros o comprimento da conduta. Adoptou-se, por isso, a soluo de atra-vessar aquele acidente topogrfico por um tnel de 100 m de comprimento, designado j por tnel III, no interior do qual se montou a conduta.

A fim de permitir a inspeco e conservao da conduta, a seco transversal deste tnel tem o dimetro interno de 3,55 m, enquanto a conduta tem apenas 2,30 m. de dimetro no contados os reforos contra a depresso interior salientes 15 cm do extradorso. Como o terreno atravessado de m qualidade, houve que revestir este tnel com uma espessura mnima de 0,50 m de beto. Apesar do custo elevado desta obra cerca de 19 contos por metro a soluo adoptada compensada pelo encurtamento do traado, com a consequente di-minuio de perdas de carga por atrito e supresso de perdas de carga acidentais que se originavam nos ngulos de um desenvolvimento em poligonal e representavam um aprecivel encargo permanente em perdas de energia na explorao.

J de outro modo, no atravessamento de uma profunda linha de gua, ponderadas vantagens e inconvenientes de um traado poligonal, concluiu-se pela convenincia de uma certa adaptao ao ter-reno embora com alongamento do traado e in-sero de ngulos, de que resultou uma diminuio do custo de obras de arte que compensa os incon-venientes apontados.

Houve ainda o caso em que a soluo mais econmica, para o atravessamento de outra pro-funda linha de gua, consistiu na construo de cavaletes de beto armado sobre os quais se apoiou a conduta. Do compromisso entre nmero e al-tura dos cavaletes de apoio, reforo da chapa da conduta devido ao maior espaamento dos apoios, desenvolvimento do traado e valor das perdas de carga nos ngulos, surgiu a soluo mais econmica.

b) Macios de amarrao e elementos de suporte Duma forma geral, na zona B a conduta foi

amarrada nos ngulos em perfil longitudinal a ma-cios de amarrao, que pelo seu peso prprio re-sistem aos esforos que a conduta lhes transmite, nomeadamente s foras longitudinais de traco

46

ou compresso provocadas pela variao de tempe-ratura, ou devidas ao efeito de Poisson resultante da actuao da presso interna, solicitaes estas muito importantes e caractersticas do tipo de con-dutas sem juntas de dilatao.

o, absorvem no s esforos longitudinais como transversais. A fim de melhor resistirem a este segundo tipo de esforos estes macios so betona-dos contra o terreno lateral.

A conduta fortemente ancorada aos macios

EMI

CORTE A-A

5 10 i l l i 1

S C A 1. A * PARADELA

ow VENDA NOVA

Fig. 4 Macio de amarrao a jusante do ponto N

Entre cada dois macios de amarrao espaados no mximo de duas centenas de metros, a conduta apoia sobre beros metlicos distanciados de cerca de 13 m, excepto na zona dos cavaletes onde o espaamento de 16 in.

Se entre dois macios de amarrao consecutivos o alinhamento rectilneo, a conduta apoia sobre beros metlicos constitudos por uma chapa, cur-vada co n um raio levemente superior ao da conduta e fortemente ancorada a macios de fundao pr-prios. Estes macios resistem ao eventual esforo tangencial de atrito da conduta sobre o bero, pela aco do seu peso somado ao do troo da conduta que neles apoia.

Se, porm, entre os 2 macios de amarrao existe um angulo em planta, torna-se necessrio dar liberdade de deformao conduta para o que se adoptaram beros de tipo diferente, sobre os quais a conduta pode escorregar longitudinal-mente, tendo os beros possibilidade de desloca-mento transversal guiado sobre bases planas de ao ancoradas aos macios de fundao em que apoiam (fig. 3). Neste caso os macios de amarra-

Fig. 5

Macio de amarrao comum conduta de Vila Nova e Paradela, localizado num ngulo em perfil longitudinal

de amarrao por perfilados e vares redondos de 1 1/2" que a abraam e mergulham profundamente no beto do macio, uniformizando tambm a dis-tribuio dos esforos que a conduta transmite a toda a massa. Na zona de menor espessura do

47

CORTE A ESC.= 1:100

COR E BB ESC.=1:100

E O

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ESCALA^.17100

1.1

Fig. 6 Pormenores do apoio da conduta na travessia de uma profunda linha de gua

48

Fig. 7 Pormenores de um cavalete de beto armado

beto envolvente da conduta, portanto, altura do seu eixo, disps-se uma armadura de pele de 3/8" bastante densa, com a inteno de melhorar as possibilidades de deformao do beto envol-vente, permitindo-lhe acompanhar a dilatao ra-dial da conduta quando esta entra em carga e evitando assim o fendilhamento habitual do macio por traco segundo um plano que contm o eixo da conduta.

No troo em que a conduta de Paradela segue paralelamente conduta de Venda Nova, os ma-cios de amarrao so comuns a ambas, embora os macios de apoio dos beros sejam independentes (fig. 4 e 5).

Na zona A, a conduta no amarrada nos n-gulos mas sim a meio dos alinhamentos rectos, tendo, por isso, deformaes longitudinais e transversais nos apoios. Os beros metlicos sobre os cavaletes so fixos conduta e deslizam guiados transversal-mente sobre chapas-base ligadas s cabeas dos cava-letes; na direco longitudinal os movimentos so conseguidos custa da flexibilidade dos pilares dos cavaletes de beto armado. A determinao das seces e armaduras destes pilares (fig. 6) fez-se por estudo de compromisso entre o coeficiente de segu-rana ao varejamento dos mesmos, que melhora com o aumento da seco transversal, e a possibili-dade de deformao por flexibilidade, que preju-dicada por aquele aumento.

Deste estudo ficou-nos a impresso de que a soluo de apoios em cavaletes simples, econmica e recomendvel para alturas relativamente grandes, havendo dificuldades de dimensionamento no caso dos pilares muito curtos, dada a sua pouca flexibi-lidade para acompanhar as deformaes da conduta resultantes das variaes de temperatura.

Deve referir-se aqui que, comparando do ponto de vista econmico a soluo de cavaletes em beto

com a soluo de cavaletes em ao, esta ficaria por cerca do dobro do preo da soluo adoptada.

c) Quantidades de trabalho executado

Para que se forme ideia dos volumes de obra executados, diremos que para a montagem de

Fig. 8 Vistas de conjunto de uma zona da conduta apoiada sobre cavaletes

49

2.070 m de conduta com um peso total de 1.900 ton, se executaram:

22.000 m3 de escavaes para formao da pla-taforma

8.600 m3 de escavaes para fundaes de maci-os de amarrao e apoio dos beros

13.000 m3 de beto em macios de amarrao e de apoio dos beros

53.000 kgs de ao em armaduras e ancoragens da conduta nos macios

390 m de galeria de ;t. = 3,55 m, reves-tida de beto (290 m no tnel II e 100 m no tnel III).

10. - TRANSPORTE E MONTAGEM

a) Generalidades

A conduta foi executada nas oficinas da SORE-FAME em tubos de 8,00 m de comprimento cons-titudos por 3 virolas de 2,666 m soldadas entre si e apenas com uma costura longitudinal. Tambm se montaram na oficina os reforos contra os efeitos da depresso interior, nos tubos que deles precisa-vam.

Ganhou-se com o trabalho em oficina o bene-fcio de melhor ordenao de operaes, conse-quentemente maior rendimento de trabalho e o be-nefcio de melhor qualidade das soldaduras, que foram feitas automticamente e recozidas.

O comprimento dos tubos no excedeu 8,0 m para no dificultar o transporte e manobras na carga, descarga e montagem; mesmo assim alguns desses tubos atingiram o peso de 18 ton, sendo corrente o peso de 6 ton por tubo.

O transporte at Braga foi feito em caminho de ferro e da at Paradela em camio. Para as mano-bras de carga e descarga na estao de Braga foi necessrio construir um prtico e no estaleiro usou-se, para o mesmo fim, uma pequena ponte ro-lante instalada para a montagem da conduta de Venda Nova. Junto desta ponte rolante estabele-ceu-se um primeiro parque de armazenamento onde se cuidou da decapagem e pintura. Neste mesmo parque se fez a triagem dos tubos que, para melhor identificao, foram numerados de acordo com um plano geral de montagem e seguidamente distri-budos por pequenos parques junto das diversas frentes de trabalho. Os tubos eram transportados destes parques para o seu lugar por charriot sobre via dcauville.

Na zona em que as duas condutas de Venda Nova

e Paradela correm a par, com forte declive, a insta-lao da via permanente, e dispe-se lateral e paralelamente s 2 condutas (fig. 1). 0 charriot accionado por um cabo de ao de um guincho fixo, instalado no topo do plano inclinado, junto da ponte rolante j citada que procede carga dos tubos no charriot.

No restante traado da conduta, em que a incli-nao muito menor, o charriot de transporte dos tubos era movido por draisine. Neste caso, o transporte e montagem eram axiais, em relao sua posio definitiva, isto , o charriot des-locava-se em via dcauville montada no alinha-mento da conduta. Os macios de apoio eram betonados, em l.a fase, apenas at ao nvel do terrapleno da plataforma. Unia vez levado o tubo sua posio definitiva com a ajuda de macacos, apoiava-se sobre calos e procedia-se sua solda-dura. Depois de retirada a poro de via correspon-dente ao seu comprimento, montava-se o bero met-lico e completava-se a betonagem da cabea do macio.

Na zona de apoio em cavaletes a montagem seguiu idntica orientao, havendo no entanto que construir uma ponte de servio em madeira para assentamento da via e execuo dos outros trabalhos de montagem.

Dentro das galerias adoptou-se o mesmo esquema de trabalho com montagem axial. Para facilitar a manobra de colocao do tubo no lugar e a reti-rada do charriot de transporte, o chassis de perfilados dispunha-se no interior do tubo, tonando apoio sobre rodas aplicadas nas extremidades das longarinas que, para o efeito, ficavam um pouco salientes do tubo; por sua vez, este ia suspenso de macacos de cremalheira ligados ao chassis, os quais serviam para no local acertar o tubo na sua posi-o de montagem (fig. 11).

Fig. 9 Pormenor da montagem na zona de forte pendente

50

Fig. 10 Transporte de um tubo sobre uma ponte de servio

b) Soldadura de u f echo Um problema que houve necessidade de cuidar

na montagem, por corresponder a uma imposio de clculo, foi conseguir que a soldadura de fecho dos diferentes troos se realizasse quando a tempe-ratura da chapa da conduta fosse o mais possvel uniforme e igual a 170 C. Para isso, a equipa que procedeu a este trabalho dispunha de um term-metro registador que instalava na conduta, alguns dias antes da data prevista para o fecho, tomando precaues para evitar que os efeitos da circulao do ar perturbassem os registos. Durante este perodo faziam-se vrias medidas do comprimento livre entre os extremos dos troos da conduta cuj a continuidade ia ser obtida com a virola de fecho, a fim de deter-minar com exactido o comprimento desta virola, quando a temperatura da conduta fosse de 17 0. Estas medies eram feitas ao amanhecer no intuito de se conseguir, quanto possvel, uma temperatura uniforme da chapa.

Uma vez definido o comprimento da virola de fecho, esta era cortada com uma folga de 6 a 8 mm conforme a espessura da conduta.

Aproveitava-se uma ocasio em que a tempera-tura fosse inferior a 17 0 para intercalar com mais facilidade a virola de regulao entre os dois troos j montados e ancorados a macios de amarrao consecutivos, e soldava-se seguidamente a virola ao troo de maior comprimento, deixando-a livre na outra extremidade. Depois, quando a temperatura subia e a folga diminuia para o seu valor normal (correspondente temperatura de 17 0) soldava-se rpidamente o topo livre da virola ao topo do outro troo a que se pretendia fazer a ligao ou, quando no havia tempo de fazer vrios cordes completos caso das maiores espessuras soldavam-se ime-diatamente barras de forte seco, distribuidas uni-

formemente em toda a periferia, e completavam-se posteriormente os cordes de soldadura.

c) Rendimentos de montagem

As duas zonas da conduta com uma extenso total de cerca de 2.070 m foram montadas a pa rtir de 5 frentes, trabalhando no mximo em simulta-neidade 3 equipes. O tempo total de montagem da conduta foi inferior a 11 meses o que d aproxima-damente um tubo de 8 m por dia til. H, no entanto, que considerar que este trabalho foi intercalado com o da montagem das blindagens nos tneis e condi-cionado s necessidades do programa de conjunto. O rtmo corrente de montagem em cada frente era de um pouco menos que um tubo dirio, havendo, no entanto, perodos em que, numa frente e num dia de 24 horas de trabalho til, se fez o transporte e montagem completa de 2 tubos e ainda o transporte e incio de montagem de um terceiro.

11.PROTECO ANTI-CORROSIVA Apesar de se ter empregado na construo da

conduta ao crmio-cobre, de cuja composfo qumica lcito esperar uma aprecivel resistncia corroso, entendeu-se dever tratar todos os tu-bos, interior e exteriormente, segundo o seguinte esquema :

imediatamente aps decapagem a jacto de areia e estando ainda os tubos no parque de triagem, aplicou-se uma primeira demo de Inertol Standard e uma segunda demo de Inertol espesso em ambas as superfcies interior e exterior. depois de colocados os tubos no lugar, aplica-ram-se interiormente mais 2 demos de Iner-tol espesso e exteriormente uma demo de Inertol espesso e uma demo de Silveral (alumnio em suspenso coloidal).

Esta ltima camada de pintura, alm de dar urn acabamento resistente e de bom aspecto, reflecte os raios solares e diminui a absoro de calor, contri-buindo para baixar o valor das tenses devidas ao aumento de temperatura.

12 . RGOS DE PROTECO, CONTROLE E ENSAIO

Uma obra, com a importncia da conduta de Paradela que se desenvolve numa extenso consi-dervel e com bastantes acidentes de traado va-riaes de dimetro, ngulos em perfil longitudinal

51

MACACO OE CRCNALNCIRA

R IN

LONCARINA

CNAPA OA CONDUTA

e em planta, sujeita a grandes presses, etc. exige a instalao de convenientes dispositivos de controle, proteco e segurana.

Como rgo de proteco e segurana instalou-se no incio da zona B da conduta urna vlvula de topo, do tipo borboleta, com 2,40 m de dimetro. O comando hidrulico desta vlvula pode ser accio-nado no local ou distncia a partir da central de Vila Nova. No interior da conduta, a jusante da vlvula e muito prximo desta, existe uma palheta mergulhada que, em caso de sobrevelocidades anor-mais, superiores velocidade correspondente a um certo caudal, dispara um dispositivo que acciona automaticamente o fecho da vlvula de topo.

Entre os dispositivos de controle instalados per-manentemente, cita-se o aparelho registador de nveis na chamin de equilbrio e um mangrafo Richards aplicado a um dos tubos do colector na prpria central. Os registos destes aparelhos permi-tem-nos, de certo modo, acompanhar os fenmenos de oscilaes na chamin de equilbrio e choque hidrulico na conduta, habilitando-nos a conhecer um pouco melhor as condies reais de solicitao.

Alm destas precaues e dispositivos, que po-dem considerar-se normais em todas as instalaes e destinados a assegurar uma explorao em boas condies de segurana, h ainda, do ponto de vista estudos, a inteno de efectuar sistematicamente observaes da conduta em funcionamento. Para o efeito, dispuseram-se em pontos convenientes, tomadas de presso protegidas por torneiras com os extremos livres roscados, a que se podero adaptar manmetros diferenciais ou absolutos.

Essas medidas de presses diferenciais ou abso-lutas sero feitas em conjugao com medidas de potncia, com vista obteno de elementos para:

medio de caudais e rendimentos das m-quinas pelo mtodo de Gibson

traado da linha piezomtrica para vrias cotas da albufeira e diferentes cargas das mquinas

determinao de perdas de carga por dimi-nuio de seco

determinao de perdas de carga em curvas de vrios ngulos e diferentes dimetros

Fig. 11 Charriot de montagem da conduta em galeria

determinao de perdas de carga contnuas ao longo da conduta tendo em vista a sua variao com o uso ou o tempo

medidas da sobrepresso de choque hidrulico.

Como evidente, as medies de tais valores em condutas escala industrial, secundando os en-saios de laboratrio, so do mais alto interesse e os seus resultados podem no futuro ser muito vanta-josos como orientadores de novos projectos. De resto, j na primeira fase do trabalho a fio de gua do aproveitamento de Paradela, estes dispositivos se mostraram de grande utilidade, permitindo con-firmar os coeficientes de Strickler adoptados no clculo e controlar aproximadamente os nveis da gua na chamin de equilbrio.

52

CAL A

CORTE BB

D= 2.25 0 1 2 3 4 5 m 6 S

CORTE A An D= 2.80

I

CORTE

(a jusante do D 2.25 a

* CONDUTA DE PARADELA

f

ponto N)

2.05 n CONDUTA DE V. NOVA

CORTE D D

D = 2.30

APROVEITAMENTO HIDRO ELCTRICO DOS RIOS CAVADO RABAGO ESCALO DE PARADELA

PLANTA GERAL rn250 500 750 1.000m

E S C A L A

CORTE C C'

LEGENDA Q ALBUFEIRA DE PARADELA QI JANELAS DE ATAQUE AO TUNEL ZONA "A.. DA CONDUTA

4 ZONA DA CONDUTA

5 CHAMINE DE EQUILBRIO POCO DA VLVULA DE TOPO DA CONDUTA CENTRAL DE VILA NOVA

ALBUFEIRA DE VILA NOVA

CONVENES ---- TNEL +ii uii +TONEL BLINDADO -- CONDUTA EM GALERIA

CONDUTA A CEU ABERTO N.M.N. 740. 0

E Sn <

TUNEL

CONDUTA COMPRIMENTOS DIAMETROS

COTAS (EIXO) 663 4

8.200 m.

2.05 284.5

^

2.80

2.25

2.35

2.25

2.30 2.25 2.15

6058

05.0

605.0

PERFIL DAS OBRAS DE DERIVAO Fig. I

Planta geral e perfil das obras de derivao do aproveitamento hidroelctrico de Paradela

TUNE!. II

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W 605,0 Fig. II - Perfil longitudinal da conduta de Paradela e diagrama de presses

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t =0, 4 6

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M 4 426,200

M 5 286,650

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M2 561,800

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A CONDUTA FORADA DO APROVEITAMENTO HIDROELCTRICO DE PARADELA

RESUMO Descreve-se no presente artigo a conduta forada do aproveitamento de Paradela e apresentam-se al-gumas consideraes relativas definio do seu traado, didmetros, solicitaes, caractersticas do ao empregado, clculo da espessura da chapa, trabalhos de construo civil e montagem, conservao da conduta e dispositivos para me-dies e ensaios.

Faz-se preceder esta descrio de uma ligeira referncia s caractersticas gerais do aproveitamento em que se integra esta importante obra.

LA CONDUITE FORCEE DE L'AMENAGEMENT HYDROELECTRIQUE DE PARADELA

RESUME On fait la description de la conduite force de l'amnagement de Paradela et on presente quelques considerations relatives it la definition de son trace, aux diamtres, aux solicitations, aux caractristiques de l'acier utilise, au calcul de l'paisseur des toles, aux travaux de construction civile et montage, et l'entretien de la conduite et aux dispositifs de mesure et d'essais.

On fait preceder cette description d'une lgre reference aux caractristiques gnrales de l'amnagement dans lequel cet important travail s'intgre.

THE PRESSURE PIPE LINE OF THE PARADELA SCHEME

SUMMARY This article describes the pressure pipe line of the Paradela scheme, explaining the reasons that led to its layout, bores, stresses, steel plate caracteristics and thicknesses, work of civil construction, erection, upkeep, measuring and testing equipment.

As an introduction, the article gives a general descrip-tion of the scheme.

CONGRESSO DA A. I. R. H. (ASSOCIATION INTER-NATIONALE DE RECHERCHES HYDRAULIQUES)

Organizado pelo Laboratrio Nacional de Enge-nharia Civil e com o alto patrocnio do Senhor Ministro das Obras Pblicas, realizar-se- em Julho prximo em Lisboa o 7. Congresso desta Associao, que tem o seu Secretariado em Del f t (Holanda) . O Con-gresso durar de 25 a 31 de Julho, sendo os dois ltimos dias reservados a uma visita s obras do rio Lis e barragem do Cabril.

As comunicaes a apresentar versaro sobre efeito de escala, cavitao e hidrulica das tomadas de gua, e tneis de derivao provisria, podendo ainda ser apresentados ternas livres de reconhecido interesse.

Alm da excurso oficial, a Organizao do Con-gresso procurar facilitar visitas particulares de congressistas interessados em conhecer obras hidru-licas nacionais.

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