Interação fluido-estrutura na demolição por detonação subaquática de ensecadeiras: um estudo de caso da ensecadeira RCC da Fase III das Três Gargantas

Demolindo uma barragem temporária, com segurança

Quando uma barragem gigante como as Três Gargantas, no rio Yangtze da China, é construída, barragens temporárias auxiliares chamadas ensecadeiras mantêm as áreas de obra secas. Eventualmente essas ensecadeiras precisam ser removidas, frequentemente com explosivos, sem prejudicar a barragem principal ou interromper a geração de energia. Este estudo explica como engenheiros usaram simulações computacionais avançadas para entender, em detalhe, como uma enorme ensecadeira de concreto se fragmenta e tomb a debaixo d’água durante a detonação — e como a água ao redor influencia esse movimento.

Por que a água torna a demolição tão complicada

Detonar rocha e concreto ao ar livre já é um processo complexo. Debaixo d’água, torna-se muito mais complicado. A água altera o comportamento das explosões: pressiona o explosivo, transmite ondas de choque potentes e direciona gases de alta pressão para trincas. Como resultado, a forma como o concreto se fragmenta e como os blocos quebrados se movem no leito do rio não pode ser prevista de maneira confiável usando regras de detonação aplicadas em terra. Ainda assim, detonações subaquáticas são comuns em portos, canais de navegação, projetos hidrelétricos e grandes docas, onde ensecadeiras precisam ser demolidas próximas a estruturas valiosas. Engenheiros precisam de maneiras melhores de prever como os fragmentos irão voar, deslizar e assentar para proteger as barragens e usinas próximas.

Um enorme muro temporário em águas profundas

O foco deste trabalho é a ensecadeira de concreto compactado por rolos (RCC) da Fase III do Projeto das Três Gargantas, um longo muro de gravidade paralelo à barragem principal, cerca de 114 metros rio acima. Ao contrário de muitas estruturas temporárias, essa ensecadeira foi construída pensando na demolição futura. Durante a construção, três câmaras internas de carga e furos especiais de “fratura” foram moldados na estrutura para que explosões posteriores pudessem cortar a porção superior e fazê-la tombar em uma direção controlada. O desafio era enorme: mais de 180.000 metros cúbicos de concreto precisavam ser removidos em um único trecho de 480 metros de comprimento, em profundidades de água de até cerca de 40 metros — quase o dobro das usadas em detonações de ensecadeiras anteriores no mundo — mantendo-se dentro de limites de segurança rigorosos próximos à barragem principal e à casa de força.

Simulando cada bloco e cada redemoinho

Para estudar essa operação arriscada, os autores construíram um modelo computacional detalhado que trata a ensecadeira como milhares de “partículas” individuais de concreto ligadas entre si, rodeadas por água que flui e exerce pressão sobre elas. Eles combinaram duas ferramentas poderosas: uma que acompanha o movimento do fluido (dinâmica dos fluidos computacional) e outra que segue o movimento e a fragmentação de muitos sólidos (modelagem por elementos discretos). Ao acoplar esses códigos, a equipe pôde rastrear como a água em alta pressão gerada pela explosão primeiro abre uma notável entalhe na parede, depois como a seção superior trinca, gira, desliza e finalmente cai no leito do rio, tudo enquanto a água avança, recircula e desacelera ou redireciona os destroços.

Como a ensecadeira se desfaz

As simulações mostram a demolição se desenrolando em três estágios principais. Primeiro, as detonações sincronizadas nas câmaras internas e nos furos de fratura cortam uma brecha profunda e inclinada, deslocando o ponto de apoio da seção superior. Sob seu próprio peso e pela pressão de níveis de água diferentes dentro e fora da ensecadeira, esse bloco superior começa a rotacionar como uma porta que cai lentamente. Segundo, ao inclinar-se, o bloco desliza pela nova rampa formada no concreto remanescente, com a água empurrando sua face e fluindo por baixo dele. Pedaços quebrados que deslizam para o leito aceleram a água ao redor e criam contracorrentes que retardam fragmentos nas bordas enquanto partes no centro se movem mais rápido. Por fim, a seção superior perde contato com a rampa e cai livremente submersa até o leito do rio, onde redemoinhos e vórtices formam turbilhões ao redor dos destroços em sedimentação. O modelo também captura como a porção inferior remanescente mantém, em linhas gerais, a forma e a cota planejadas.

Testando o modelo

Modelos computacionais só são úteis se corresponderem à realidade. Durante a detonação real nas Três Gargantas, sensores na barragem principal registraram vibrações quando a ensecadeira tombada atingiu o leito do rio. O primeiro sinal de impacto forte apareceu cerca de 16,1 segundos após a detonação — o mesmo tempo previsto pela simulação. Levantamentos do terreno subaquático mostraram que a lacuna deixada pela ensecadeira demolida e a altura da porção remanescente correspondiam de perto ao projeto e aos resultados calculados. Esse acordo dá aos engenheiros confiança de que o modelo acoplado pode capturar tanto como o concreto falha quanto como a água responde.

O que isso significa para barragens futuras

Para não especialistas, a principal conclusão é que o estudo transforma uma detonação subaquática altamente energética e de difícil observação em um processo previsível e visualizável. Ao tratar a ensecadeira como muitos blocos coesos e o rio como um fluido em movimento, os pesquisadores revelam como a água não só transmite a energia explosiva, mas também amortece, redireciona e às vezes desacelera os destroços em queda. A abordagem deles pode ajudar projetistas a planejar estratégias de demolição mais seguras para grandes ensecadeiras e outras estruturas subaquáticas, reduzindo o risco para barragens principais, usinas e trabalhadores, além de otimizar o uso de explosivos e as condições do local.

Citação: Wu, L., Liang, Z., Cai, Y. et al. Fluid–structure interaction in underwater blasting demolition of cofferdam structures: a case study of three gorges phase III RCC cofferdam. Sci Rep 16, 5175 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35562-x

Palavras-chave: detonação subaquática, demolição de ensecadeira, Represa das Três Gargantas, interação fluido-estrutura, simulação numérica