RUPTURA DO DESCARREGADOR DE FUNDO DA BARRAGEM DA USINA IZABEL - RECUPERACAO DO MACIQO DE TERRA

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1 RUPTURA DO DESCARREGADOR DE FUNDO DA BARRAGEM DA USINA IZABEL - RECUPERACAO DO MACIQO DE TERRA Eng2 Paulo C. Toledo Franca Eng2 Wilson Armando Palmieri Eng2 Claudio Vaiciunas Engg Fatima Cristina Faria Ge6l. Paulo Victor C. B Braun ELETROPAULO - Eletricidade de Sao Paulo S/A. RESUMO O trabalho descreve o acidente ocorrido em 1990 na Barragem do Izabel. A ruptura da tubulagao do descarregador do (undo causou erosao retroprogressiva no macigo do terra. Doscreve as primeiras medidas tomadas para o controle do problema, entre as quaffs o esgotamento parcial do reservat6rio atrav6s do um sifao e o alerta as populagaes dejusante. Sao detaihados os procedimentos do investigagao das causas do acidente, a as obras emergenciais quo so sucederam. 1. INTRODUcAO A Usina Izabel esta localizada na Serra da Mantiqueira, Municipio de Pindamonhangaba, S.P., conforme indicado na fig. 1. A queda bruta de 960 metros 6 a major do Brasil e uma das maiores do mundo. I naugurada em dezembro de 1915 pela antiga Empress de Eletricidade Sao Paulo e Rio, foi incorporada em 1940 pela The Sao Paulo Light and Power Company, atualmente ELETROPAULO. Suacapacidade instalada a de 2640 KW. Durante muito tempo a Usina permaneceu desativada. Voltou a operar no inicio de 1986, ao completar 70 anos, depois de uma reforma geral em suas instalagoes, prevista no piano de reativagao de Mini Usinas da ELETROPAULO. Foram mantillas, tanto quanto possivel, suas caracteristicas est6ticas originais, visando A preservagao do patrimonio hist6rico e arquitetonico. Como pode ser visto na fig. 2, a acumulacao d'agua e feita em dois reservat6rios posicionados em cascata. 0 reservat6rio superior acumula metros cubicos em seu nivel maximo. Os dispositivos de descarga consistem em um vertedor de superficie, livre, e um descarregador de fundo constituido por uma tubulacao de 12 polegadas que atravessa a barragem em sua porgao mais inferior, controlado por uma comporta de acionamento manual situada em um castelo d'agua a montante. A barragem de terra, corn altura maxima de 16 metros, foi construida em aterro homoganeo, sem controle tecnol6gico. Uma barragem em concreto do tipo Ambursen limita o reservat6rio inferior (4 x 106 m). O sistema de adugao consiste em urn canal com comprimento de 1400 metros, cbmara de compensacao e conduto forgado em segmentos do tubos de ago flangeados. O acesso as barragens 6 feito a partir da cidade de Campos do Jordao, e o trecho final, nao pavimentado, possui rampas e curvas acentuadas, tornando dificil o trafego de veiculos pesados. AIBm de contribuir normalmente para o Sistema Interligado, a Usina pode atender, em caso de emergancia, o pico do Itapeva, onde estao instaladas varias antenas de telecomunicacoes, alam da bomba de recaique d'agua da adutora de Pindamonhangaba a outras cargas prioritarias na regiao. Embora os volumes armazenaveis nos reservat6rios sejam pequenos, a grande e subita queda do curso do rio a jusante possibilita grandes danos em caso de ruptura das barragens. Em duas ocasioes, janeiro de 1985 a dezembro de 1989, chuvas excepcionais causaram grandes Banos As instalagoes da Usina, alam de sua paralizagao. Os efeitos observados nessas ocasioes serviram de parametros para se efetuar uma estimativa dos danos de uma eventual ruptura na barragem: erosoes, escorregamentos e danos A floresta adjacente ao curso d'agua e ao canal de aducao; enchente na casa de forga e vita residencial dos funcionarios, com eventuais perdas humanas; XX SeminArio Necionel de Grandes Barragens 267

2 prejuizos materials nas fazendas, estradas e vilarejos a jusante da casa de forga, como decorrencia da enchente em si e da deposicao dos materials erodidos, com provaveis perdas humanas. 2. DESCRICAO DO ACIDENTE Na tarde do dia o operador constatou um afundamento de aproximadamente 3 metros cobicos no macico da barragem, proximo a saidado descarregador de fundo. Verificando que esse tubo carreava terra, fechou a comporta de montante e notificou o setor de operacao. Em seguida, surgiu novo afundamento no macico, proximo ao primeiro. Apesar de fechada a comporta, o descarregador do fundo ainda vazava cerca de 500 litros por minuto, com a agua ainda contaminada por solidos. Visualmente, constatou-se que a comporta no castelo d'a9ua apresentava vazamento. Os setores de engenharia, manutencao e operacao realizaram uma insper ao no dia seguinte, na qual constatou-se que: provavelmente a barragem estava sofrendo urn processo de erosao interna; o reservatorio, completamente cheio, impunha carga hidraulica maxima ao macho de terra; o esvaziamento do reservatorio pela tubulacao de fundo nao seria recomendavel, porque a tubulacao estava seriamente danificada, podendo sua utilizacao levar ao colapso total da barragem. Nao havia alternativa imediata para rebaixamento do reservatorio. 3. PROVIDENCIAS TOMADAS Tendo em vista a situacao de risco iminente, agravada pela possibilidade de ocorrerem chuvas intensas, caracteristicas da area naquela epoca do ano, foram tomadas as seguintes medidas: alerta a comunidade situada a jusante das instalacoes da Usina; protecao da area afetada corn Iona plastica; montagem de urn sistemade radio- transmissao pars comunicacao entre o reservatorio, usina a areas externas para possibilitar, em caso de necessidade, o aviso antecipado da comunidade de jusante para evacuacao, e tambem para facilitar a comunicacao corn as areas de engenharia e manutencao. Situada em area rural, a barragem nao dispunhade telefonia; esvaziamento do reservatorio inferior, visando amortecer a onda de cheia a jusante, em caso de ruptura subita da barragem do terra; medicao horaria das vazoes nos drenos existentes na barragem e do descarregador de fundo, corn estimativa da quantidade de solidos carreada; remocao do alteamento de madeira e da mureta em alvenaria (60 cm) existente na soleira do vertedouro Iivre, diminuindo o nivel e principalmente, o volume d'agua armazenado no reservatorio superior; vedacao total da comporta do descarregador de fundo, com o auxilio de mergulhadores; instalacao de bombas de succao a recalque no reservatorio, alem de um tubo de PVC de 6 polegadas, que funcionou como sifao; as vazoes obtidas foram insuficientes para rebaixar o nivel d'agua; cerca de dez dias apos o acidente, instalacao de sifao de 16 polegadas, utilizando-se tubos de ap em use pela ELETROPAULO nas operacoes de dragagem do Canal Pinheiros; a operagao do sifao permitiu o rebaixamento do reservatorio, possibilitando entao a realizacao de investigacoes e obras com um major grau de seguranca. Atraves dessas ago-es conseguiu-se estabelecer uma condicao mais favoravel tambem para a tomada de docisoes para as obras emorgenciais que so seguiram. A geracao da Usina foi parcialmente restabelecida mediante a operacao do sifao. Prosseguia-se em paralelo corn as atividades de inspecao na tubulacao danificada, a investigacoes geotecnicas. A inspecao no interior do tubo foi possivel atraves da filmagem com firma especializada. Foram obtidas imagons do 701/. do comprimonto da tubulacao, quo mantinha a linearidade original. 0 trecho remanescente de 30%, sob a porgao central do macico, estava obstruido nas duas extremidades, confirmando e ate agravando o quadro de comprometimento do tubo e aumentando a probabilidade de erosoes de major ports no macico, Foram executadas 5 sondagens a percussao, 2 rotativas e dois pocos de inspecao, objetivando: avaliar a extensao dos danos na barragem, particularmente quanto a existencia de cavidades no macico. Nao foram detectados vazios, apesar de duas sondagens terem sido posicionadas sobre o tubo descarregador de fundo; avaliar as caracteristicas dos solos constituintes do macico: granulometria, compactacao e zoneamentos/estratificacoes. As sondagens confirmaram a homogeneidade do macico, e sua constituicao silto- -argilosa, corn fracao arenosa sensivel ao tato. Os valores de SPT, entre 4 e 5, confirmaram o baixo grau de compactacao, e a umidade natural sempre apresentava-se alta; definir a natureza dos afundamentos no macico, para confirmar a hipotese de inducao de "piping" polo descarregador de fundo; o pogo locado sobre o afundamento maior que estava cheio de lama nao alcancou o descarregador, oito metros abaixo, por instabilidade das paredes; o escoramento tradicional, implantado em etapas apos a escavacao de pequenos trechos verticals nao foi eficaz, evidenciando entao que qualquer escavacao deveria sofrer obrigatoriamente o pre escoramento das paredes para se tornar viavel; averiguar a qualidade do macico rochoso na regiao da ombreira esquerda, para subsidiar decisao quanto a construcao de nova tomada d'agua. A rocha alterada mostrou-se adequada a construcao de uma galeria; 268 XX Seminario Nacional de Grandes Barragens

3 confirmar a existencia de urna cortina de vedacao em pedra argamassada localizada aproximadamente sob o eixo da barragern, averiguar seu estado de conservacao e sua Iota de coroamento. Essa confirmacao se fez necessaria a partir de duvidas surgidas na confrontacao de antigos desenhos, e da possibilidade da alteracao das dimensoes neles indicadas durante obras de remodelacao feitas na decada de pogo sobre a crista iniciou-se por ultimo a foi abandonado para liberar a area para os trabalhos de recuperacao do macico. Numa primeira tentativa, o "corewall nao havia sido encontrado na profundidade prevista. 4. ALTERNATIVAS ESTUDADAS A escolha da solucao do problema deveria ser rapida. Alm dos custos, deveria ser considerada a propria seguranca da barragem durante a obra. Foram estudadas as seguintes alternativas: a) abandono do reservatbrio Foi rejeitada em funcao dos custos para a remocao parcial da barragem, e recuperacao da vegetacao na area inundada a ser exposta ; a perda energatica decorrente poderia tambem ser considerada, apesar da geracao poder ser mantida somente corn o reservatbrio inferior. b) recuperacao do macico de terra e tubo adutor Foi rejeitada apos a analise do televisionamento no tubo. 0 ferro fundido apresentava -se trincado em diversos locais, e as juncoes do tipo ponta e bolsa estavam deslocadas em diversos pontos. c) recuperacao do macico de terra, abandono do tubo descarregador e con.strucao de nova tomada d'agua A alternativa c foi detalhada sob os seguintes aspectos: selagem do tubo adutor corn nata de cimento e injecbes nas porcaes do macico a este adjacentes; recuperacao do macico do terra atravas da troca de solo no trecho mais atingido, correspondente ao p6 do talude de jusante ; previsao de um sistema especial de escoramento, baseado na experiencia adquirida por ocasiao da escavaq&o do pogo de investigacao; construoao de filtro e enrocamento do protecao no talude de jusante, corn cota maxima definida pela regiao histbricamente sujeita a encharcamentos. A construoao da nova tomada d'agua foi postergada por problemas orcamentarios. Todavia, os pianos incluem a montagem de uma tubulacao metalica, enterrada a uma profundidade de 2,0 metros sob o vertedor de superficie, no qual serao instaladas comportas para aumento do volume armazenavel. 5. RECUPERACAO DO MACIPO A mobilizacao para recuperacao do macico foi imediata, e compreendeu a montagem do canteiro de obras e alojamentos, e recondicionamento do trecho em terra da estrada de acesso, para o trafego de caminhi es. 5.1 Execucao dos reparos - matodo executivo Os servicos de recuperacao do macico eram do concepcao simples: escavacao de vala para acesso a tubulacao; obstrucao do tubo descarregador de fundo; reaterro da vala corn solo e material filtrante; execucao do enrocamento de protecao do talude de jusante, obras de acabamento. Alguns condicionantes tornaram o metodo executivo essencial para o sucesso das obras: o macico estava pouco compactado e encharcado, dificultando a execucao segura; a maxima profundidade de escavacao prevista era 10 metros; a inclinacao do talude de jusante da barragem era acentuada (1,5h :1 v); praca de trabalho limitada, e impossibilidade de emprego de equipamentos pesados; necessidade de rapidez na escavacao e reaterro; o inicio das obras coincidiu corn a intensificacao do perlodo chuvoso (outubro); corn efeito, registrou-se precipitacao de 120mm em 24 horas, durante as obras; necessidade de se manter os custos das obras em compatibilidade corn o porte da Usina. Apbs discussoes tacnicas envolvendo inclusive a empresa construtora, optou-se pela adocao de um sistema de escoramento constituido por micro-estacas sustentadas por estroncas metalicas, tubos de 6 polegadas, corn juncoes soldadas. Esse sistema permitiu o previo escoramento das parades da vala, tendo sido as estroncas colocadas a medida que a perfuracao avancava. 0 escoramento permitiu que a escavacao e o reaterro fossem feitos de forma gradativa e segura. Como mostrado na fig. 3, as micro-estacas envolveram todo o perimetro de escavacao, totalizando 1030 m lineares. Foram feitas algumas adaptacoes frente a imprevistos, tais como: a presenca de afloramentos rochosos impenetraveis corn os equipamentos disponiveis impediu o engastamento das estacas, obrigando a realizacao de fileiras suplementares; principio de desmoronamento junto a outro trecho de micro-estacas, obrigando a um reforco do estroncamento; a ligacao estroncas-estacas, prevista para ser feita atravas de chumbadores, demonstrou-se inviavel por fraqueza da argamassa das estacas; a solucao consistiu em soldar as estroncas diretamente na armadura das estacas. Para maior seguranca contra eventuais infiltracoes laterais foram executados drenos horizontais profundos no solo em ambos os lados da vala. A obturacao do tubo descarregador corn calda de cimento e areia foi feita atravas do castelo d'agua. XX Seminario Nacional de Grandes Barragens 269

4 Foram gastos 3700 litros de argamassa, volume correspondente ao tubo, indicando que nao deveriam existir cavidades significativas. A injecao foi passiva, ou seja, contou-se apenas com a altura manomatrica de 16 metros entre a bomba e o tubo descarregador. A pressao aplicada na bomba foi calculada de modo a suprir somente as perdas de carga nos sistema de mangueiras e manchetes, de modo a evitar rupturas hidraulicas no macigo. Foram efetuadas injecoes com nata de cimento em perfuracoes no solo ao longo do eixo da tubulagdo adutora, entre o local escavado e a crista da barragem, para preencher possiveis vazios. As injecoes foram feitas por gravidade, e o volume de nata absorvido foi correspondente ao das perfuracoes, indicando novamente a ausencia de vazios maiores. 0 reaterro da vala foi efetuado integralmente em mate. rial granular, bica corrida e pedrisco, ao inv6s da combinacao de filtros e aterros prevista originalmente. Esse procedimento foi adotado porque as chuvas nao permitiriam a compactacao de solos, e havia pressa para o t6rmino dos reparos. Os acr6scimos nos custos foram irrelevantes face ao custo global. 0 filtro de proterao do talude de jusante consistiu de uma camada de pedra rachao e bica corrida, com respectivamente 0,40 e 0,30 metros de espessura, atingindo toda a extensao do talude, ajusante da barragem, a partir da cota de inicio de escavacao da vala. 5.2 Servigos de Acabamento 0 acabamento no p6 do talude de jusante foi feito com muro de gabioes, de I metro quadrado de secao transversal (fig. 4). Decorreu da impossibilidade de se levar o filtro de protecao -at6 o p6 do talude, pela existencia de caixas de passagem, cuja mudanca seria complicada. A reds de drenagem de Aguas pluviais e de infiltracao foi refeita, e as areas com solo exposto foram tratadas com grama. 6. COMENTARIOS 0 acidente na Barragem de Isabel colocou uma emergencia diante do corpo tecnico da ELETROPAULO. A possibilidade de ruptura da barragem impunha riscos de perdas elevadas, humanas, materiais e ambientais, principalmente em funcao da alta declividade do Ribeirao Sacatrapo. Esse aspecto direcionou a tomada das primeiras decisoes e a alternativa escolhida para recuperacao. As obras executadas foram eficazes e restaboloceram as condicoes do coguranga do macirto, minimizando as chances de colapso. Dentre as alternativas estudadas para o esvaziamento do reservatorio e recuperacao do macigo foi dada enfase, al6m do baixo custo, a rapidez e simplicidade da obra. Alem do risco de chuvas fortes, havia o interesse em restabelecer a geracao normal da Usina, no menor prazo possivel. 0 robaixamento com o sifao montado com tubos metalicos permitiu nao so o rebaixamento do reservatorio, com tamb6m sua operacao durante e ap6s a obra, O processo de escoramento da vala por enfilagem contornou alguns problemas previstos, relativos a movimentagdo de equipamentos e confinamento das escavacoes. Os aspectos seguranca e prazo tambem foram atendidos, apesar do periodo chuvoso em que as escavacoes foram executadas. Os autores entendem que alguns topicos podem merecer uma reflexao mais detalhada, podendo vir a subsidiar awes futuras: o treinamento do pessoal residents na Usina per. mitiu que fosse tomada, de forma aut6noma, a decisao corretade se fechar o tubo adutor assim que foi percebido o problema, evitando consequencias mais graves; a convivencia, em pequenas estruturas, com riscos mais elevados do que aqueles aceitaveis em estruturas de major porte; a necessidade de automatizacao da operacao de pequenas centrals, exislentes e a construir, e inquestionavel sob os aspectos economico e pratico. Paradoxalmente, uma ocorrencia semelhante em uma central automatizada poderia ter sido muito grave; a conveniencia da aplicacao de metodos nao convencionais e estimulo a criatividade no use de metodos caseiros, em atividades ligadas a manutencao preventiva e corretiva em P.C.H's. 270 XX Seminario National de Grandes Barragens

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8 I ' I I AREA ESCAIADA. JUSANTE VERTEDOURn PLANTA TU805 DE INJE*AO TIPO MANCHETTE DET. I CASTELO DAGUA N.A ENROCAMENTO DE PROTECAO \hala PR N DRITA CORRIDA TUBO 012" 7/8" TRECHO ABANDONADO TUBO 012 7/8" TRECHO INJETADO C / ARGAMASSA CORTE A. A TUBO PVC 40mm TRECHO C / MANCHETTE VALVULAS 0 0 N TUBO 012 7/8" TUBOS DE INJETAO EXISTENTE DETALHE I FIGURA 4 - REPARO DA AREA DANIFICADA 274 XX Seminario Nacional de Grandes Barragens