RECUPERAÇÃO ESTRUTURAL DO DIQUE DE NHANGAPI

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1 RECUPERAÇÃO ESTRUTURAL DO DIQUE DE NHANGAPI Rogério Sales Góz Adalberto de Azeredo Rodrigues Antônio de Pádua Bemfica Guimarães Carlos de Alencar Dias Sobrinho Celso José Pires Filho FURNAS Centrais Elétricas S.A. RESUMO Este trabalho refere-se as intervenções realizadas para a recuperação estrutural do Dique de Nhangapi, do Canal Ribeirão Itatiaia e estruturas anexas, pertencentes ao empreendimento da Usina Hidroelétrica de Funil, localizada no rio Paraíba do Sul, próximo a divisa dos Estados de São Paulo e Rio de Janeiro. As intervenções descritas, foram programadas e realizadas com base na análise de desempenho da barragem, a partir dos dados da instrumentação e das observações de inspeções. Em síntese, as ações caracterizaram-se por obras de recuperação, preservando os critérios do projeto original e na implementação do controle de deslocamento, em particular, na redefinição da rede de altimetria. 1 - INTRODUÇÃO O Dique de Nhangapi integra o empreendimento da UHE de Funil, está localizado no município de Itatiaia - RJ, as margens da rodovia Presidente Dutra. Esta importante localização traz benefícios no que tange a proximidade com o mercado consumidor de energia, e foi durante muito tempo, desde o início da década de 70, uma alavanca no desenvolvimento econômico e social daquela região, na Figura 1. 1

2 DIQUE DE NHANGAPI USINA DE FUNIL ARRANJO GERAL FIGURA 1 - Planta de Situação Porém, esta proximidade também trouxe, e ainda traz, muitos problemas, principalmente nos aspectos gerenciais de conservação, segurança estrutural e manutenção do patrimônio da empresa, pois são constantes e, praticamente, incontroláveis as invasões por parte de pescadores e outros que depredam, roubam, queimam, enfim destroem equipamentos e componentes que monitoram a segurança do Dique. Esses motivos causaram ao Dique de Nhangapi anomalias em suas partes, em especial aos sistemas de drenagem, instrumentação, acessos entre outros. Quanto ao canal de desvio do Ribeirão Itatiaia e área da bacia prevista para contenção de cheias, as restrições operacionais, impuseram riscos aos efeitos de cheias, bem como severas limitações no sistema de controle de vazões percoladas (maciço e fundação do Dique), a partir da submersão dos dispositivos de controles. 2 - DADOS DE PROJETO BARRAGEM A construção do Dique de Nhangapi foi iniciada em novembro de 1962, sendo concluída em setembro de A barragem é composta por um maciço de argila compactada de seção homogênea, com um comprimento de m, altura máxima de 50 m e volume 2

3 aproximado 6,9 x 10 6 m³. Os taludes na face montante são de 1:1,87 e 1:3,5 com bermas de 2 m e 5 m nas cotas 458 m e 448 m, na face jusante de 1:1,87, 1:2,5 e bermas de 2 m nas cotas 458 m, 448 m e 438 m, conforme Figura 2.1. Dique de Nhangapi Reservatório E.F.MRS Canal Rib. Itatiaia RJ Rod. Pres. Dutra 466,50 m 469,50 m SP FIGURA Planta e Seção Típica do Dique de Nhangapi Prevendo-se o nível máximo operativo à cota 466,50 m, coincidente com o nível "máximo maximorum" correspondente à enchente catastrófica, de probabilidade de ocorrência de uma vez em ano, e considerando outros fatores, a crista da barragem foi executada à cota 469,50 m mais uma sobre elevação de 0,70 m para compensar recalques previstos após a sua construção. A largura da crista é variável 9,0 m a 10,0 m conforme a seção CANAL DO RIBEIRÃO ITATIAIA A função principal do Canal do Ribeirão Itatiaia é a drenagem da água represada pelo Dique de Nhangapi, da Bacia do Ribeirão Itatiaia. O sistema de drenagem em questão consiste de um canal aberto com cerca de m de comprimento, sendo parte escavado em rocha e parte em solo natural revestido em concreto, e seção transversal de 25,50 m 2 ; um reservatório de acumulação previsto para uma capacidade de m 3, com uma freqüência de uma cheia por ano e um túnel escavado em rocha com m de comprimento e 10,00 m 2 de seção transversal. Essas estruturas foram dimensionadas, após estudos hidrológicos, para uma cheia milenar. 3

4 3 - DESASSOREAMENTO E REBAIXAMENTO DO CANAL DESASSOREAMENTO DO CANAL No período de setembro de a fevereiro de 1.988, o canal do desvio do ribeirão foi desassoreado, mas devido ao estrangulamento da seção transversal existente no terço final de jusante provocou a redução da velocidade de escoamento da água, o processo de assoreamento teve prosseguimento. Esse fato foi registrado em 1.992, onde o represamento prejudicava a instrumentação do Dique, notadamente nos drenos de alívio da fundação, com o constante alagamento, impossibilitando a leitura dos medidores de vazão. Em janeiro de 2.000, o leito do canal encontrava-se intensamente assoreado, apresentando sua seção hidráulica reduzida em 80% daquela prevista em projeto. Tal fato fazia com que o reservatório de acumulação, pertencente ao sistema de drenagem da bacia, fosse solicitado com uma freqüência maior que a prevista originalmente, conforme Fotografias (1) e (2). Esta situação foi agravada após as chuvas ocorridas na região, quando o canal sofreu uma grande acumulação de material arenoso. FOTOGRAFIA (1) FOTOGRAFIA (2) Assoreamento do Canal Alagamento em janeiro/2000 Foi observado em inspeções que o pé do talude de jusante na faixa de variação do nível d água do reservatório de acumulação estava sendo saturado com uma freqüência maior. 4

5 O sistema de drenagem interna do maciço compactado do Dique, composto por tubulações de concreto e caixas coletoras, situado no pé da barragem, também operava submerso quando do enchimento do reservatório de acumulação, causando interferências no escoamento natural da água drenada, dificultando o controle de suas vazões. Objetivando a melhoria do escoamento, o leito do canal foi desassoreado num trecho de 900 m, retirando-se um volume estimado de m 3 de material arenoso, conforme Fotografia (3). Todo material retirado foi lançado na sua margem direita, sendo regularizado de maneira a impedir a formação de processos erosivos e o carreamento de sólidos para o canal. Em toda esta área, de aproximadamente m 2, foi plantada vegetação rasteira. FOTOGRAFIA (3) FOTOGRAFIA (4) Canal Desassoreado Área Protegida REBAIXAMENTO DO CANAL O referido canal tem aproximadamente 70% de seu comprimento escavado em rocha. Na ocasião da construção do desvio, aproximadamente 400 m do mesmo, foi mantida acima da cota prevista em projeto, localizada imediatamente anterior ao emboque do túnel, provocando o estrangulamento da sua seção hidráulica. Esta configuração diminui a velocidade de escoamento das águas, permitindo a retenção de partículas, resultando consequentemente, no assoreamento do canal. 5

6 O rebaixamento do leito do canal será executado em fase complementar, para adequar o atual perfil hidráulico ao perfil previsto no projeto. Serão removidos aproximadamente m³ de material rochoso, posteriormente lançados como complemento, no enrocamento de proteção a montante do Dique. 4 - RECUPERAÇÃO DA INSTRUMENTAÇÃO O controle de desempenho da barragem está baseado na observação das pressões neutras no maciço e subpressões na fundação por meio de 82 piezômetros tipo Casagrande; de deslocamentos verticais e horizontais por 59 marcos de superfície; dos níveis do lençol freático através de 17 medidores de nível d água; das vazões de percolação através de 26 drenos e coletores. Como histórico, informa-se que o controle de pressão neutra e subpressão previsto pelo projeto por piezômetros horizontais de volume constante tipo USBR (total 52), foi sensivelmente comprometido pelo mal funcionamento dos dispositivos de controle nos painéis de leituras. A não saturação do sistema piezométrico decorrente dos desgastes, com o tempo e/ou uso, dos registros dos painéis permitindo vazamento d água de saturação e entrada de ar, bem como possíveis rompimentos nas tubulações, resumem os principais fatores que inviabilizaram o sistema, o qual foi desativado em Com relação aos piezômetros verticais tipo Casagrande, instalados nesta fase, processos de colmatação na células e obstrução dos tubos, este último decorrente de vandalismo, limitaram em quase 50% a eficiência do controle de pressões neutras e subpressões a partir deste sistema. Face as anomalias referidas na piezometria, em 1979 procedeu-se a reinstrumentação da barragem com a instalação de 44 piezômetros tipo Casagrande nas regiões do maciço e fundação. Cabe salientar que a opção pelo projeto de reinstrumentação teve base nos riscos em termos de eficiência na tentativa de recuperar a instrumentação comprometida, notadamente os piezômetros tipo USBR, bem como nos resultados dos ensaios de infiltração e tentativas de desobstrução executados nos períodos de 1971 à

7 No presente, a análise da piezometria e das vazões, permite concluir que o desempenho do maciço e fundação do Dique, encontra-se compatíveis as solicitações aplicadas e dentro dos critérios de segurança recomendados pelo projeto. Quanto as deformações, estão praticamente estabilizadas, sendo o recalque de maior valor absoluto, na ordem de 175 mm, na seção de maior altura. Os serviços de recuperação e avaliação da funcionalidade da piezometria contaram com serviços de ensaios de infiltração e adequação dos dispositivos de proteção ao de cada instrumento. Os ensaios de infiltração indicaram que na ordem de 10% dos piezômetros não apresentaram resultados compatíveis, provavelmente devido a colmatação por óxido de ferro. Quanto aos dispositivos de proteção, adotou-se tubos metálicos de Ø 150 mm, com tampas metálicas e fechadas com cadeado. Nos medidores de vazão, procedeu-se os reparos em seus dispositivos de fixação e nas peças de encaminhamento do fluxo, bem como a aferição de suas curvas de vazão. Os serviços nos marcos de recalques superficiais, notadamente na crista do maciço, consistiram na redefinição do posicionamento de linha e de sua proteção. Tal conduta, tem como referência os níveis de danos nos marcos antigos, decorrente de ações levianas de terceiros e do trânsito de viaturas não autorizadas. 5 - DRENAGEM DA SURGÊNCIA Próximo a ombreira esquerda, a jusante, haviam pontos de surgência de águas provenientes de infiltrações. Nestes pontos, localizados a aproximadamente 20 m do pé do talude jusante do Dique, que por escoamento superficial e pelas características físicas do solo, iniciou-se a formação de processos erosivos, que aumentavam suas dimensões em direção ao maciço compactado. 7

8 Foi executado um sistema de filtros profundos paralelos ao Dique, com posterior regularização da área com solo natural e formação de cobertura vegetal. Todas as saídas dos filtros estão sendo monitoradas com medidores de vazão. 6 - ASPECTOS AMBIENTAIS Ao longo dos anos, formou-se às margens do canal e na bacia de acumulação, uma vegetação de composição florística pobre, com predomínio de espécies adaptadas àquela condição. Esta vegetação, juntamente com alguns pequenos grupamentos e árvores isoladas, desenvolveram-se em função da falta de manutenção e conservação por períodos prolongados. Para a execução das obras de intervenção na estrutura do Dique de Nhangapi, toda essa vegetação foi suprimida. Como medida compensatória serão plantadas espécies nativas em áreas no em torno do empreendimento. 7 - SEGURANÇA DO EMPREENDIMENTO Todos os acessos as estruturas do empreendimento se encontravam em estado precário, em função da falta de manutenção preventiva e corretiva, e principalmente, pelo trânsito inapropriado de veículos nestes locais. Com as chuvas ocorridas, os acessos a crista do dique e ao pé do talude, ficaram parcialmente obstruídos. Foram recuperados m de vias internas e todo sistema de drenagem pluvial na área do empreendimento. Sendo construído um alambrado, com m de comprimento, com objetivo de proteger o patrimônio da empresa e manter as melhorias realizadas na estrutura do Dique. Paralelamente ao alambrado foi plantada cerca viva visando reforçar a segurança e suavizar o impacto visual causado. 8

9 8 - CONSIDERAÇÕES Os impactos causados para realização das obras de recuperação da estrutura do Dique de Nhangapi, têm aspectos ambientais positivos no que concerne a manutenção do equilíbrio do micro ecossistema local, pois a regularização da vazão do ribeirão Itatiaia permite que a flora e a micro fauna existente se estabeleça de maneira duradoura, sem os impactos causados com as cheias, outrora constantes, do reservatório de acumulação. Procede como objetivo deste trabalho, relatar questões típicas de obras não diretamente próximas ao empreendimento principal, no âmbito de instrumentação e partes de suas estruturas. Importante são os desdobramentos, caso se tenha uma política de manutenção contínua no controle de segurança e operacionalidade da estrutura. 9 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS Relatório FURNAS Centrais Elétricas S.A. - Ensaios de Piezometria - Dique de Nhangapi - fevereiro, Relatório FURNAS Centrais Elétricas S.A. - Inspeção e Análise de Comportamento - Dique de Nhangapi - janeiro, Relatório FURNAS Centrais Elétricas S.A. - Inspeção e Análise de Comportamento - Dique de Nhangapi - janeiro, Relatório FURNAS Centrais Elétricas S.A. - Inspeção e Análise