XVII SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS

BRASILIA

AGOSTO 1987

APROVEITAMENTO HIDREL1TRICO DE ROSANA - ASPECTOS HIDRAULICOS DO

DESVTn DE SEGUNDA PAST:

COMUNICAC'((l

En!^° AQuin a ldo Ricoy de Oliveira (*)

Eng9 I.ui 7 .Jose nreto Rodrigues (*)

(*) Comnanhia EnerQetica de Sao

Paul o - CESP

+mmmpmmw^

1. - DADOS PRINCIPAIS DO EMPREENDIMENTO

0 Aproveitamento Hidreletrico de Rosana lo

caliza-se no rio Paranapanema, a cerca de 28 km a montante

de sua foz, no rio Parana, num trecho do rio que consti

tui a divisa entre os Estados do Parana e Sao Paulo.

Faz parte, juntamente com as usinas de

Porto Primavera, no rio Parana, e Taquarucu, no rio Para

napanema, do complexo de obras do Pontal do Paranapanema,

em fase de execucao pela CESP - Companhia Eneraetica de

Sao Paulo.

As principais caracteristicas do empreendi

mento, sao:

Reservatorio:

. area de drenagem da bacia .......... 99.000 km2

. vazao media mensal de lonjo termo .. 1.120 m3/s

vazao maxima observada ............. 13.300 m3/s

volume total do reservatorio ....... 1920 x 106 m3

. area de inundagao .................. 220 x 106m2

nivel d' agua maximo normal ......... 258,00 m . s.n.m.

nivel d'agua minimo normal ......... 256,00 m.s.n.m.

nivel d'aaua maximo maximorum ...... 258,10 m.s.n.m.

. nivel d' agua maximo normal a jusante 240,00 m.s.n.m.

Barragem:

tipo ............................... aterro compactado

comprimento da crista .............. 2.340 m

cota da crista ..................... 262,00 m

altura maxima ...................... 30 m

Vertedouro:

numero de comportas ................ 8

tipo de comportas .................. segmento

largura das comportas .............. 14,20 m

altura das comportas ............... 20,10 m

capacidade de descarga ............. 20.000 m3/s

dissipacao de energia .............. ressalto hidraulico

525

Usina:

. potencia instalada ................. 320 MW

• numero de unidades ................. 4

• tipo de turbinas ................... KAPLAN

• potencia nominal ................... 82 MW

. vazao nominal por unidade .......... 528 m3/s.

2. - 0 ESQUEMA DE DESVIO DA 2a ETAPA E AS MODIFICACOES

INTRODUZIDAS.

Aspectos Hidrologicos

0 regime de vaz6es do rio Paranapanema

no local do aproveitamento, e irregular e complexo, em de

correncia de variacoes climaticas das sub-bacias. Assim,

desde as suas cabeceiras ate receber o rio Itarare pela

margem esquerda, o rio tem regime caracteristico da regiao

sudeste, com cheias no periodo de dezembro a marco. A par

tir dai, apos receber os afluentes da margem esquerda,prin

cipalmente os rios Cinzas e Tibagi, o regime fluvial pas

sa a ser variavel, apresentando mais de uma estacao umida

por ano.

Para ilustrar esse fato, apresenta-se, na

tabela a seguir, os valores e os meses de ocorrencia, das

miximas vazoes diarias registradas em Rosana nos ultimos

seis anos.

A N 0 VAZAO3MAXIMA( m /s)

M E S

1980 4.950 margo

1981 4.580 janeiro

1982 7.210 dezembro

1983 13.300 junho

1984 2.230 janeiro

1985 3.270 maio

526

6

Dessa forma, o planejamento das obras de

desvio teve que levar em conta essas condicionantes, assu

mindo-se riscos em algumas etapas, conforme e comentado

mais a frente.

Esquema de Desvio

Para a execucao da obra, foi adotado o es

quema tradicional de desvio. Na primeira fase, foi escava

do um canal de desvio na margem direita, e construfda uma

ensecadeira na margem esquerda, abrangendo cerca de 70 por

cento do leito do rio, possibilitando, assim, a construrao

do conjunto vertedouro-bacia de dissipacao , tomada d'agua

e casa de forma, nessa margem. (Fig. 2).

Para permitir a construcao da barragem de

terra do canal, o rio foi desviado atraves do vertedouro,

contando- se Para isso com algumas soleiras rebaixadas

(Fig. 3).

Apos a conclusao da barragem no leito do

rio o fluxo foi interromnido utilizando- se as comportas

segmento do vertedouro. Primeiramente foi fechada a compor

to do vao rebaixado e com auxflio de comportas ensecadei

ras a montante e a jusante foi executada a complementagao

da soleira (Fig. 4).

As ensecadeiras para protegao da constru

gao da barragem no leito do rio (2a fase), foram dimensio

nadas para suportar vazoes de 6.500 m3/s correspondente ao

perfodo de retorno de 25 anos, considerando o amortecimen

to da cheia no lago da usina de Capivara, localizada ime

diatamente a montante.

Como foi salientado, essa vazao pode ocor

rer praticamente com a mesma probabilidade em qualquer epo

ca do ano. Merece registro o fato que, em junho de 1.983,

a vazao maxima atingiu o valor de 13.300 m3/s, exigindo o

alteamento , em regime de emergencia , da ensecadeira de 1a

fase, a qual tinha sido, oricjinalmente, projetada para a

vazao de 8.500 m3/s.

527

Modificacoes Introduzidas

Foram realizadas modificacoes importantes

no desvio de 2a fase, tendo em vista a decisao tomada de

acelerar o ritmo das obras, visando antecipar de 14 meses,

em relagao ao programa original, a entrada em operacao da

primeira maquina. Tal fato exigiu que o enchimento do re

servatorio fosse iniciado na primeira semana de novembro

de 1.986. Para viabilizacao desse cronograma, foram intro

duzidas alteracoes pronunciadas no esquema previsto. 0 pro

grama original previa a concretagem das soleiras rebaixa

das, utilizando-se um jogo de comportas-ensecadeiras que

seria colocado sequencialmente em quatro vaos do vertedor;

considerando o periodo de dois meses para a concretagem de

cada vao, o termino necessario para a conclusao dessa eta

pa, seria de oito meses, aproximadamente. Esse prazo, en

tretanto, nao era compativel com a meta de geracao em feve

reiro de 1.987, uma vez que a concretagem das soleiras so

mente poderia ser iniciada em setembro de 86.

Para superar esse empecilho foi, entao, es

tudada a possibilidade de se efetuar o desvio com apenas

duas soleiras rebaixadas, com os restantes seis vaos do

vertedouro ja tot:7lmente concretados.

Os ensaios realizados em modelo reduzido

mostraram que tal solucao s6 poderia ser executada desde

que as vaz6es, na epoca do fechamento do rio, fossem infe

riores a 1.000 m3/s pois, para vazoes superiores, os desni

veis e velocidades nas frentes de lancamento das pre-ense

cadeiras atingiriam valores incompativeis com o tamanho

dos blocos de rocha disponiveis na obra.

0 quadro a seguir mostra as restrigoes

existentes no esquema de desvio proposto:

528

PERTODO - 1.986 VAZAO MAXIMA ESTAGIO DE

(m3/s) CONSTRUcAO

MARgO E ABRIL 3.200 Remocao da ensecadeir

de la etapa e inici

de lancamento das pre

ensecadeiras de fecha-

mento.

ABRIL (5 dias) 1.000 Fechamento do rio.

MA1O A JVLiI9 i4ZOO Alt@amento da ensem-deira e execugao da

barragem.

AGOSTO A NOVEMBRO 6.500 Execugao da barragem,

e concretagem das so

leiras rebaixadas.

Em condigoes naturais, os riscos de ocor

rencia de vazoes superiores a 3.200 m3/s sao bastante al

tos no periodo de margo a julho. Note-se, por exemplo que,

nos ultimos seis anos de observagao ( 1.980 a 1.985) somen

to nos anos de 1.981 e 1.984 no ocorreram vazoes superio

res a essa no periodo citado.

A vazao de 1.000 m3/ s, maxima permissivel

para o fechamento do rio, ainda que por um periodo curto,

constituiu-se numa situagao mais critica, pois mesmo numa

hipotese extrema, considerando nenhuma defluencia do reser

vatorio de Capivara, a contribuigao da bacia intermediaria

poderia provocar vazoes superiores a 1.000 m3/s. 0 quadro

a seguir, apresenta a frequencia de vaz6es maximas no tre

cho entre Capivara e Rosana , no periodo citado:

529

i

PERIODO M S

DE

RETORNO MARCO ABRIL MAIO JUNHO JULHO

10 ANOS 844 662 723 895 761

25 ANOS 1.156 919 1.040 1.291 1.072

50 ANOS 1.416 1.138 1.267 1.634 1.337

A decisao final de efetuar o desvio nessas

condicoes somente foi tomada gracas a possibilidade de se

controlar as vaz6es atraves da operacao adequada do reser

vatorio de Capivara. Contribuiu para isso, o fato que o ci

tado reservatorio no final de 1.985, encontrava-se com cer

ca de 24% do seu volume util, valor bastante baixo, compa

rativamente com anos anteriores. Alem disso, adotou-se,

tambem um esquema de monitoramento das afluencias na bacia

intermediaria, com pronta resposta do canteiro de obras nu

ma possivel situagao de emergencia.

3. - ACOMPANHAMENTO DO FECHAMENTO

Ensaios realizados em modelo

Os ensaios em modelo reduzido foram reali

zados sempre com a vazao limite de fechamento, ou seja,

1.000 m3/s. Foram simuladas diversas alternativas de fecha

mento, sempre procurando otimizar o material de langamen

to. A melhor alternativa mostrou ser a de langamento alter

nado em duas frentes, com fechamento final pela pre-enseca

deira de montante.

O desnivel maximo total no fechamento, nas

condig6es mais criticas, atingiu 2,80 m, com velocidades,

na extremidade da pre-ensecadeira, da ordem de 6,00 m/s.

O material utilizado na fase critica do fe

chamento, denominado em laboratorio "G3", possui as seguin

tes caracteristicas:

530

MATERIAL DIkMETRO MMDIO PESO M DIO %

B2 0,24 m 20 kgf 20

B5 0,55 m 270 kgf 10

B8 1,00 in 1.600 kgf 70

As fotos 1, 2 e 3 mostram algumas vistas

dos ensaios efetuados.

Acompanhamento no campo

0 grafico da figura 5 apresenta as vaz6es

defluentes de Capivara e afluentes a Rosana, bem como a

situacao do reservatorio de Capivara no periodo de janeiro

a maio de 1.986. Nota-se pela variacao de volume do reser

vatorio, no periodo citado, que sua operagao adequada foi

fundamental para atender as restrigoes do desvio.

O fechamento do rio obedeceu a sequencia

ensaiada em modelo, ou seja, avanco com duas frentes, com

fechamento final pela pre-ensecadeira de montante, com al

gumas adaptacoes durante a execugao. No final do fechamen

to, ocorreram desniveis da ordem de 1,70 m, sendo necessa

rio utilizar blocos de grandes dimensoes como pode ser

observado nas fotos 4, 5 e 6. A brecha final foi fechada

no dia 22/05/86, por volta das 18 horas, quando a vazao

afluente era de 850 m3/s, aproximadamente.

Comparacao entre modelo e prot6tipo

No dia 22/05/86, as 09h30, foi realizada

no campo, uma medicao de niveis e velocidades, com as pre-

ensecadeiras de fechamento, na seguinte situacao:

531

a vazao ................................. 820 m3/s

o pre-ensecadeira de montante ........... estaca 108+00 m

o espera da margem esquerda ............. estaca 109+06 m

o brecha de montante .................... 26 metros

o pre-ensecadeira de jusante ............ estaca 109+14 m

o espera de margem esquerda ............. estaca 108+03 m

o brecha de jusante ..................... 31 metros

Tal situacao foi posteriormente reproduzi

da em modelo reduzido . A comparagao entre modelo e prototi

po esta apresentada na tabela abaixo:

G R A N D E Z A MODELO PROTOTIPO

a Niveis d'agua:

pre de montante (ex- 238,30 m.s.n.m. 237,90 m.s.n.m.terno).

pre de montante (in- 236,60 m.s.n.m. 236,41 m.s.n.m.terno).

pre de jusante (in- 236,60 m.s.n.m. 236,41 m.s.n.m.terno).

pre de jusante (ex- 236,30 m.s.n.m. 236,20 m.s.n.m.terno).

Desnivel montante 1,70 m 1,49 m

m Desnivel jusante 0,30 m 0,12 m

o Desnivel total 2,00 m 1,61 m

o Velocidade junto

pre de montante, a

1,00 m de profundidade 4,89 m/s 4,33 m/s

o Velocidade junto a

pre-jusante a 1,50 m

de profundidade 3,73 m/s no medido

De maneira geral, obteve-se boa correspon

dencia entre os valores simulados e medidos. Observa-se

que, apesar do desnivel ser baixo na pry-ensecadeira de ju

sante, as velocidades medidas junto a mesma sao elevadas.

Tal fato explica-se pela relativa proximidade entre as

532

duas ensecadeiras, nao havendo espaco suficiente para que

a energia cinetica resultante da aceleracao da brecha de

montante seja efetivamente recuperada.

Nota-se, tambem, que sistematicamente, os

desniveis e velocidades sao maiores no modelo que no proto

tipo. &^atribui para isso a nao representacao, no modelo,

da percolagao atraves dos cordoes de enrocamento, que ocor

re mais intensamente no prototipo, dadas as dimens6es do

material lancado. Nessas condicoes, a vazao escoada pela

brecha no prototipo, deve ter sido inferior aquela que es

coou no modelo , o que provocou valores menores de velocida

des e desniveis.

RESUMO

Com a realizagao do desvio de segunda fa

se, concluido em 22/05/1.986, o Aproveitamento Hidreletri-

co de Rosana cumpriu uma das etapas mais importantes de

seu cronograma de obras.

Tendo a CESP decidido pela antecipacao, em

quatorze meses, da entrada em operagao da primeira unida

de, o projeto de desvio de segunda fase exigiu uma signifi

cativa revisao para permitir a consecugao dessa meta. Devi

do a uma situagao particular dos reservatorios existentes

a montante da obra , as vazoes de seguranga para definigao

das obras de desvio foram reduzidas para valores que, em

principio no poderiam ser assumidos , em fungao dos riscos

usualmente adotados em projetos semelhantes.

Assim , o numero de soleiras rebaixadas do

vertedouro , originalmente em numero de quatro , ficou redu

zido para dois. Como consequencia , a vazao permissivel pa

ra se executar o fechamento com exito , antes prevista em

2.500 m3 /s foi tambem reduzida para 1 . 000 m3/s.

Apesar dessa diminuigao de vazao, os des

niveis e velocidades observados em modelo e comprovados na

obra, tornaram-se bastante elevados , exigindo utilizacao

de blocos de pedras de grandes dimensoes na fase final de

fechamento.

533

Para o sucesso dessa operacao, foi de fun

damental importancia o perfeito inter-relacionamento entre

projeto, obra e operacao do sistema, contando-se ainda com

o modelo reduzido para detalhar as modificacoes de projeto

e otimizar as condicoes executivas.

534

310 PAULO

M

FIGURA-1- LOCALIZACAO DA USINA HIDRELETRICA DE ROSANA

535

D

LL

536

I I

w0

0

U)w0

M

Q

Dc9

LL

537

538

1.50

140

1.30

12

1.10

100

90

80

VANES MEDIASDI4RIAS EM ROSANA

KVv I Vv^VAZ6ES MEDIAS DI RIASDEFLUENTES DE CAPIVA-RA

100

75

00

PP^VARA

JP^^Py

N4'

00 _

p`O

JAN/86 FEV/86 MAR/86 ABR/86 MAI/86

FIGURA -5- VAZOES MEDIAS DIARIAS EM ROSANAE CONDIcOES DO RESERVATORIO DECAPIVARA NO PERIODO JAN/86 A MAI/86

539

Foto 2 - Modelo reduzido-

Detalhamento da

sequencia de

avancos das pre-

ensecadeiras de

2a fase.

i

Foto 1 - Modelo reduzido -

Remocao da enseca

deira de la fase

e inicio de lanca

mento das pres dea

2. fase.

Foto 3 - Modelo reduzido -

Fechamento final

pela pre- enseca

deira de montante.

540

Foto 5 - Vista da opera

cao de fecha

mento.

541

Foto 4 - Vista de jusante

do lancamento das

pre-ensecadeiras.

Foto 6 - Vista do fechamen

to final.

I I f I I I i I