COMPILAÇÃO DE DADOS DE VAZÕES DE DRENAGEM EM DIVERSAS FUNDAÇÕES DE ESTRUTURAS DE CONCRETO DE UHE S

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1 COMITÊ BRASILEIRO DE BARRAGENS XXX SEMINÁRIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS FOZ DO IGUAÇU PR, 12 A 14 DE MAIO DE 2015 T XXX A XX COMPILAÇÃO DE DADOS DE VAZÕES DE DRENAGEM EM DIVERSAS FUNDAÇÕES DE ESTRUTURAS DE CONCRETO DE UHE S Márcia Collares MEIRELLES Engenheira Civil, M.Sc., PMP, Leme Engenharia Tractebel Engineering Cesar Schmidt GODOI Engenheiro Civil, M.Sc., Leme Engenharia Tractebel Engineering Juliana Francisca CORRÊA Engenheira Civil, M.Sc., Leme Engenharia Tractebel Engineering Karina Guimarães LOPES Engenheira Civil, Leme Engenharia Tractebel Engineering RESUMO Este artigo tem por objetivo apresentar uma compilação de dados de vazões de percolação que ocorrem através da fundação em estruturas de concreto de Usinas Hidrelétricas com diferentes tipos de fundação. Estas informações servem como base de referência para novos projetos, auxiliando na estimativa de futuras medidas de vazão, permitindo o dimensionamento adequado de poços de bombeamento. Os resultados compilados indicaram valores de vazão específica de até 16 l/min/m para fundações com alta permeabilidade (arenito). Os valores usualmente utilizados em projeto entre 1,0 l/min/m e 2,0 l/min/m são coerentes com os valores obtidos na prática. ABSTRACT This article presents a compilation of seepage flow data that occurs through concrete structures foundation of hydropower plants with different types of foundation. This information gives a reference base for new projects, helping to estimate future flow measures, allowing a suitable design of pumping wells. The compiled results show specific flow rates up to 16 l/min/m for high permeability foundations (sandstone). The values commonly used in design between 1,0 l/min/m and 2,0 l/min/m are consistent with the values obtained in practice. 1

2 1. INTRODUÇÃO As estruturas de concreto que compõe o barramento de Usinas Hidrelétricas são monitoradas por uma série de instrumentos os quais têm a função de auscultar o comportamento dessas estruturas, seja na questão de deformabilidade do maciço de rocha, de recalque da fundação, de deslocamento diferencial entre blocos, de medição de subpressões e medição de vazões. Este trabalho tem como enfoque apresentar uma ordem de grandeza das vazões de percolação das fundações de estruturas de concreto em diferentes empreendimentos. Para isso, compilaram-se valores já apresentados por Silveira, 2003, além de mais 12 empreendimentos: UHE Canoas 1, UHE Água Vermelha, UHE Dona Francisca, UHE Salto Caxias, UHE Itá, UHE Machadinho, UHE Passo Fundo, UHE Salto Osório, UHE Salto Santiago, UHE Cana Brava, UHE São Salvador e UHE Estreito. Todas essas informações foram obtidas com base em referências bibliográficas, descritas neste trabalho. As maiores contribuições de água nessas estruturas são provenientes dos drenos de alívio de fundação. Algumas vezes também são oriundas de juntas devido ao rompimento de vedas-junta existentes, fissuras/trincas na estrutura e etc. O propósito dos drenos de fundação é aliviar as subpressões nas superfícies permeáveis do contato concreto-rocha ou nas descontinuidades geológicas da fundação. A sua função, portanto, é aumentar a estabilidade e a segurança destas estruturas. A drenagem de fundação constitui-se no meio mais efetivo de redução da subpressão, fornecendo um caminho direto e altamente permeável para coleta e condução da água de percolação [1]. As maiores vazões de drenagem nas fundações ocorrem normalmente após alguns meses do término do enchimento do reservatório. Segundo Levis [2] a avaliação da quantidade de água de percolação admitida pelo conjunto maciço-fundação deve ser feita com base na finalidade da barragem. Assim, pode-se citar como exemplo valores de vazão de até 5,0litros/min por metro de barragem, para barragens com finalidade de controle de cheias ou para hidrelétricas; e de até 0,1% da média das vazões naturais para barragens de abastecimento de água e irrigação. A medida destas vazões normalmente é verificada realizando as seguintes análises: Comparação da variação temporal das vazões em função do N.A. de montante e do N.A. de jusante, assim como de eventual influência das precipitações pluviométricas; Comparação das vazões medidas em outros trechos da barragem, em feições geológicas semelhantes; Comparação com as vazões medidas em outras barragens do mesmo tipo, com similar geologia, e preferencialmente, de mesmo porte; Associação das vazões de drenagem com o teor de materiais sólidos carreados nos drenos ou medidores de vazão, sempre dando maior atenção nos que apresentam maior intensidade de vazão, 2

3 Verificação se a capacidade do sistema de bombeamento atende ao volume de vazão d água de percolação captado nas galerias. É usual pelas projetistas estimar uma vazão de drenagem nas galerias na ordem de 1,5 l/min/m. Sandroni [3] cita que não existem critérios fixos que estabeleçam qual a "vazão aceitável" pelas fundações de uma barragem. É possível, contudo, examinar esta questão considerando as vazões observadas em obras em funcionamento e separando aquelas cujo desempenho foi considerado satisfatório, daquelas cuja vazão pelas fundações foi considerada excessiva. Todas estas atividades estão dentro do contexto de segurança de barragens que engloba além da verificação das grandezas medidas, o monitoramento visual constante da estrutura. Esse conjunto possibilita a avaliação do desempenho das estruturas. 2. CARACTERÍSTICAS GERAIS DAS USINAS HIDRELÉTRICAS Como citado anteriormente, foram acrescentadas informações referentes à vazão de percolação de 12 empreendimentos à compilação já elaborada por Silveira, 2003 [4]. Grande parte desses empreendimentos pertence à Tractebel Energia e tem suas atividades de segurança de barragens realizadas pela Empresa Leme Engenharia / Tractebel Engineering, dentre eles: UHE Itá, UHE Machadinho, UHE Passo Fundo, UHE Salto Osório, UHE Salto Santiago, UHE Cana Brava, UHE São Salvador e UHE Estreito. Nos subitens seguintes está apresentado um breve descritivo de cada um destes empreendimentos pertencentes à Tractebel Energia e CESTE, as quais tiverem seus valores de vazão de percolação pela fundação acrescentados neste trabalho. 2.1 CARACTERÍSTICAS GERAIS DA UHE ITÁ A Usina Hidrelétrica Itá está localizada sob uma alça do Rio Uruguai, denominada Volta do Uvá, a aproximadamente 2,5 km a montante da foz do Rio Uvá, na divisa entre os Municípios de Itá (SC) e Aratiba (RS). A UHE Itá está localizada a montante da Usina Foz do Chapecó, dentro do aproveitamento hidroenergético da Bacia do Rio Uruguai, e a jusante da Usina Hidrelétrica Machadinho, ambas em operação comercial. A Figura 1 apresenta uma imagem do Google Earth com as principais estruturas existentes na UHE Itá, enquanto que a Tabela 1 traz um breve descritivo de suas estruturas. 3

4 VT-1 BP Rio Uruguai TA VT-2 DQ-1 DQ-2 DQ-3 CF FIGURA 1: Estruturas da UHE Itá (Google Earth abril/2014) [5]. ESTRUTURA DESCRIÇÃO Barragem Barragem de enrocamento com face de concreto, com altura máxima de 125 m e crista na Principal (BP) elevação 375,50 m. 3 Diques (DQ-1, Três diques em solo, com coroamento na elevação 377,00 m, para fechamento das depressões DQ-2 e DQ-3) topográficas, localizados na margem esquerda do reservatório. Vertedouro 1 é do tipo superfície, localizado sob a ombreira direita, junto a barragem principal, Vertedouro 1 constituído por seis comportas tipo segmento, seguida por um rápido revestido em concreto, (VT-1) finalizando com descarregamento em bacia de dissipação escavada em rocha. Vertedouro 2 (VT-2) Tomada d Água (TA) Casa de Força (CF) Vertedouro 2 é do tipo superfície, localizado na margem esquerda, entre o dique 1 e a tomada d água, constituído por quatro comportas tipo segmento, seguida por um rápido revestido em concreto e um trecho de calha não revestida, finalizando com descarregamento direto no leito do rio, sob o desemboque dos túneis de desvio. Circuito de geração, localizado na margem esquerda, constituído por um canal de adução escavado em rocha, tomada d água encaixada na rocha, adução individual através de cinco túneis forçados chegando até as unidades hidrogeradoras. Casa de Força tipo abrigada, contendo cinco unidades hidrogeradoras de potência nominal de 290 MW cada uma, totalizando MW instalados. TABELA 1: Breve descritivo das estruturas da UHE Itá 2.2 CARACTERÍSTICAS GERAIS DA UHE MACHADINHO A Usina Hidrelétrica Machadinho está localizada no Rio Pelotas, aproximadamente 5 km a montante da foz do Rio Apuaê, na divisa entre os Municípios de Piratuba (SC) e Maximiliano de Almeida (RS). A UHE Machadinho, dentro do aproveitamento hidroenergético da bacia do Rio Uruguai, localiza-se a montante da Usina Hidrelétrica Itá, em operação desde 2000, e a jusante da Usina Hidrelétrica Barra Grande, cuja operação iniciou em A Figura 2 apresenta uma imagem do Google Earth com as principais estruturas existentes na UHE Machadinho, enquanto que a Tabela 2 traz um breve descritivo de suas estruturas. 4

5 DQ-2 Rio Pelotas VT TA BP DQ-1 CF FIGURA 2: Estruturas da UHE Machadinho (Google Earth julho/2013) [5]. ESTRUTURA Barragem Principal Diques (DQ-01 e DQ-2) Vertedouro (VT) Tomada d Água (TA) Casa de Força (CF) DESCRIÇÃO Barragem de enrocamento com face de concreto, com altura máxima de 126 m e crista na elevação 485,50 m. Dois diques em solo, com coroamento na elevação 486,00 m, para fechamento de depressões topográficas, na margem direita do reservatório, e o outro na margem esquerda, entre os rios Inhandava e Pelotas, sobre o local de implantação dos túneis de desvio superiores. De superfície na ombreira direita, dimensionado para escoamento das cheias decamilenar e máxima provável, constituído por uma soleira vertente controlada através de oito comportas tipo segmento, seguida por um curto rápido revestido em concreto com posterior trecho escavado em rocha, até a descarga direta no rio Pelotas. Circuito de geração localizado na ombreira direita, entre a barragem e o vertedouro, constituído por uma tomada d água apoiada em rocha, com adução individual através de três túneis forçados até as unidades hidrogeradoras instaladas na casa de força a jusante. Do tipo abrigada, contendo três unidades hidrogeradoras de potência nominal de 380 MW, totalizando MW instalados. TABELA 2: Breve descritivo das estruturas da UHE Machadinho 2.3 CARACTERÍSTICAS GERAIS DA UHE PASSO FUNDO A Usina Hidrelétrica Passo Fundo está localizada no Norte do Rio Grande de Sul, no município de Entre Rios do Sul, aproximadamente a 380 km de Porto Alegre. É constituída por 2 (duas) unidades geradoras, cada uma com capacidade de 113 MW. O Projeto, situado na bacia do Rio Uruguai, compreende o desvio das águas do Rio Passo Fundo para o seu afluente Rio Erechim, aproveitando uma diferença de nível de 260 m. A Figura 3 apresenta uma imagem do Google Earth com as principais estruturas existentes na UHE Passo Fundo, enquanto que a Tabela 3 traz um breve descritivo de suas estruturas. BP VT BP Rio Passo Fundo FIGURA 3: Estruturas da UHE Passo Fundo (Google Earth fevereiro/2014) [5]. 5

6 ESTRUTURA Barragem Principal (BP) e Vertedouro (VT) DESCRIÇÃO O Barramento, situado no Rio Passo Fundo, é do tipo misto concreto-terra, com 636 m de comprimento e 47 m de altura máxima. Na parte vertente, em concreto, estão instaladas 6 comportas de 5,75 12 m para uma vazão máxima de m³/s. Diques (DQ-01 e Dois diques em solo, o dique 1 com altura máxima de 13 m e 300 m de comprimento e o dique DQ-2) 02 com 10 m de altura e 330 m de comprimento. Localizada à margem esquerda do rio Erechim, nela estão instalados dois grupos Casa de Força hidrogeradores de capacidade unitária de kva. Em concreto dispõe de uma comporta tipo vagão e uma comporta corrediça, cada uma com 4 m Tomada d Água de largura por 6 m de altura, permitindo adução de uma descarga de até 100 m³/s. Da tomada d água parte um túnel com seção circular, escavado em rocha, revestido em concreto armado com 6 m de diâmetro e m de comprimento. A jusante do túnel situa-se a chaminé de equilíbrio, escavada em rocha e revestida em concreto, com seção circular de 12 m Túnel de Adução de diâmetro e 72 m de altura, incluindo 3 câmaras de compensação, 2 constituídas por galerias subterrâneas, com volume útil de m³, e a terceira de superfície, com volume útil de m³. Condutos Forçados A jusante da chaminé de equilíbrio situa-se o trecho em nível dos dois condutos forçados, com 58 m de comprimento e 3,40 m de diâmetro, em túnel blindado metálico até a casa de válvulas. Esta, composta de estrutura de concreto, abriga duas válvulas borboletas por conduto. TABELA 3: Breve descritivo das estruturas da UHE Passo Fundo 2.4 CARACTERÍSTICAS GERAIS DA UHE SALTO OSÓRIO A Usina Hidrelétrica Salto Osório está situada no rio Iguaçu, entre os municípios de Quedas do Iguaçu e São Jorge d Oeste, no sudoeste paranaense. A UHE Salto Osório foi instalada em duas etapas. A geração inicial ocorreu em Junho de 1975, com uma potência total de 700 MW, proveniente da instalação de 4 turbinas tipo Francis e geradores de potência nominal de 175 MW por unidade. Na segunda etapa, foram implementados mais 350 MW, totalizando uma potência instalada de MW. Após a repotencialização ocorrida em 01/07/1997, a potência instalada totalizou MW. A Figura 4 apresenta uma imagem do Google Earth com as principais estruturas existentes na UHE Salto Osório, enquanto que a Tabela 4 traz um breve descritivo de suas estruturas. VT-2 BP VT-1 TA CF EC Rio Iguaçu Subestação FIGURA 4: Estruturas da UHE Salto Osório (Google Earth abril/2014) [5]. 6

7 ESTRUTURA Barragem Principal (BP) Vertedouro 1 (VT-1) Vertedouro 2 (VT-2) Casa de Força Tomada d Água DESCRIÇÃO Barragem de enrocamento, que possui núcleo de argila, bastante esbelto e inclinado, quase como se estivesse repousando sobre o enrocamento de jusante. Seu comprimento é de 750 m, com altura máxima de 56 m. Uma barragem de concreto faz a ligação do vertedouro 1. Do tipo superficial está situado na margem esquerda, possui 5 vãos com comportas setor. Seu comprimento é de 113 m. A vazão total dos dois vertedouros fica em m³/s. Do tipo superfície está situado na margem direita, possui 4 vãos com comportas setor. Seu comprimento total é de 73 m. Do tipo abrigada com comprimento de 139 m, altura máxima de aproximadamente 40 m. Possui 4 turbinas Francis com potência nominal de 189,78 MW e mais 2 com 190,90 MW, com potência total instalada de MW. A tomada d água é do tipo gravidade e situa-se na margem esquerda, com comprimento total de 68 m, compreendendo 6 tomadas individuais. TABELA 4: Breve descritivo das estruturas da UHE Salto Osório 2.5 CARACTERÍSTICAS GERAIS DA UHE SALTO SANTIAGO A Usina Hidrelétrica Salto Santiago está localizada no rio Iguaçu, Estado do Paraná, distante 340 km a oeste de Curitiba, entre os municípios de Rio Bonito do Iguaçu e Saudades do Iguaçu. A Figura 5 apresenta uma imagem do Google Earth com as principais estruturas existentes na UHE Salto Santiago, enquanto que a Tabela 5 traz um breve descritivo de suas estruturas. BP BA-1 BA-2 VT TA BA-3 CF Rio Iguaçu Subestação FIGURA 5: Estruturas da UHE Salto Santiago (Google Earth junho/2014) [5]. ESTRUTURA Barragem Principal (BP) Barragens Auxiliares (BA-1, BA-2 e BA-3) Vertedouro (VT) Casa de Força (CF) Tomada d Água (TA) DESCRIÇÃO Barragem de enrocamento com núcleo impermeável inclinado, com crista na elevação 510 m, apresentando uma altura máxima de aproximadamente 80 m e comprimento de m. Extensa barragem Auxiliar de terra (BA-1), situada na margem esquerda conectada à barragem principal, e 2 barragens auxiliares (BA-2 e BA-3) menores necessárias para o fechamento de selas topográficas. BA-1 com 600 m de comprimento, altura máxima de 65 m, BA-2 com 190 m de comprimento, 28 m de altura máxima e BA-3 com 100 m de comprimento, 12 m de altura. Vertedouro de superfície, com calha e defletor, em estrutura de concreto, situado na margem direita, projetado para escoar uma vazão de m3/s, equipado com oito comportas setor de 15,3 m de largura e 20,57 m de altura, incluindo o quebra onda. Casa de Força do tipo abrigada, localizada num corte profundo na margem esquerda do rio, cerca de m a jusante das quedas, e prevista para a instalação final de seis unidades geradoras. A potência máxima instalada é de MW. Uma Tomada d Água em concreto armado, com 55 m de altura, e um canal de adução de 520 m de extensão, 45 m de largura no fundo e velocidade máxima de 4 m/s, localizados na margem esquerda. TABELA 5: Breve descritivo das estruturas da UHE Salto Santiago 7

8 2.6 CARACTERÍSTICAS GERAIS DA UHE CANA BRAVA A UHE Cana Brava está localizada no Rio Tocantins cerca de 46 km a jusante do Rio São Félix, entre os municípios de Minaçu e Cavalcante, no estado de Goiás, dentro do aproveitamento hidroenergético da bacia do Rio Tocantins. Localiza-se a jusante da UHE Serra da Mesa, em operação desde 1998 e a montante da UHE São Salvador. A Figura 6 apresenta uma imagem do Google Earth com as principais estruturas existentes na UHE Cana Brava, enquanto que a Tabela 9 traz um breve descritivo de suas estruturas. DQ-1 BTMD CCR-MD TA CF VT CCR-LR BTLR Subestação FIGURA 6: Estruturas da UHE Cana Brava (Google Earth novembro/2013) [5]. ESTRUTURA DESCRIÇÃO Possui estruturas de terra, de enrocamento com núcleo de argila (BTMD, BTLR) e de CCR (MD Barragem e LR). A seção com máxima altura atinge 65 m. Dois diques de terra com proteção de enrocamento. Ambos localizados em selas topográficas, o Diques (DQ-1 e dique I à direita da barragem de terra e o dique II situado a cerca de 4 km da Usina, na margem DQ-2) esquerda. De superfície com seis comportas do tipo segmento e uma comporta ensecadeira localizada na Vertedouro (VT) margem direita, em posição contínua ao circuito de geração. Casa de Força Tipo abrigada contendo três unidades geradoras Francis eixo vertical com potência nominal de (CF) 150 MW, totalizando 450 MW instalados. Túneis Três túneis a céu aberto. Comprimento médio de 48,90 m e diâmetro interno 9,0 m. Forçados Adufas de Cinco. Quatro delas com 5,5 m de largura por 11,0 m de altura, e uma com 4,0 m de largura por Desvio 6,0 m de altura para vazão sanitária no período de construção. Todas de comprimento de 53 m. Tomada d Água (TA) Localizada na margem direita, entre a Barragem de CCR da margem direita e o Vertedouro. De gravidade formada por três blocos independentes: os dois laterais com 16,5 m e, o central com 16,0 m de largura. TABELA 6: Breve descritivo das estruturas da UHE Cana Brava 2.7 CARACTERÍSTICAS GERAIS DA UHE SÃO SALVADOR A Usina Hidrelétrica São Salvador está localizada no Rio Tocantins Estado de Tocantins, entre os municípios de São Salvador do Tocantins (margem esquerda) e Paranã (margem direita). Dista cerca de 7 km a montante da cidade de São Salvador do Tocantins, e sua localização está nas coordenadas geográficas 8

9 12º48 33 (Latitude Sul) e 48º14 05 (Longitude Oeste). O acesso rodoviário principal é feito pela BR-153 (Belém Brasília). A Figura 7 apresenta uma imagem do Bing Mapas com as estruturas existentes na UHE São Salvador, enquanto que a Tabela 7 traz um breve descritivo de suas estruturas. Barragem ME TA VT Barragem MD CF Subestação FIGURA 7: Estruturas da UHE São Salvador (Bing Mapas 2014) [6]. ESTRUTURA Barragens Margem Direita (MD) e Esquerda (ME) Vertedouro (VT) DESCRIÇÃO Possui estruturas de terra, de enrocamento com núcleo de argila, de concreto convencional e de CCR (concreto compactado a rolo). A seção com altura máxima atinge 40 m com a crista na elevação 290,00. Possui seis comportas de superfície - tipo superfície controlado, localizada na margem direita, em posição contínua ao circuito de geração. Tipo abrigada, contendo duas unidades hidrogeradoras tipo Kaplan eixo vertical com Casa de Força (CF) potência nominal de 124,50 MW, totalizando 243,20 MW instalados. Tomada d Água (TA) Localizada na margem direita, entre a barragem de concreto da margem direita e o vertedouro, esta estrutura é de gravidade formada por dois blocos independentes com 30 m de largura cada. TABELA 7: Breve descritivo das estruturas da UHE São Salvador 2.8 CARACTERÍSTICAS GERAIS DA UHE ESTREITO A UHE Estreito está localizada na Região Norte do Brasil, no rio Tocantins, fazendo divisa com os estados do Tocantins e Maranhão, nos municípios de Estreito (MA), Aguiarnópolis (TO) e Palmeiras do Tocantins (TO), a cerca de 130 km da cidade de Imperatriz (MA) e 513 km da cidade de Palmas (TO). O Sítio do Aproveitamento encontra-se imediatamente a montante da ponte de transposição do rio Tocantins onde se interligam as rodovias federais BR-010, Rodovia Belém Brasília e BR-230, Rodovia Transamazônica. A Figura 8 apresenta uma imagem do Google Earth com as principais estruturas existentes na UHE Estreito, enquanto que a Tabela 8 traz um breve descritivo de suas estruturas. 9

10 TA e CF BP VT BF Rio Tocantins Subestação FIGURA 8: Estruturas da UHE Estreito (Google Earth março/2013) [5]. ESTRUTURA DESCRIÇÃO Composta por um trecho central de barragem de terra homogênea e extremidades de Barragem enrocamento com núcleo de argila. A barragem no leito do rio tem cerca de 480,0 m de extensão Principal (BP) e aproximadamente 47 m de altura máxima. Barragem Composta de um aterro de enrocamento com núcleo de argila. Está localizada entre o Fechamento vertedouro e a margem esquerda. Em sua seção máxima, tem cerca de 30 m de altura e 73 m (BF) de comprimento. Localizado na margem esquerda, com 14 vãos de 19,10 m largura com crista da ogiva na El. Vertedouro (VT) 133,50 m. Com 08 unidades geradoras, de capacidade nominal unitária de 135,87 MW e capacidade Casa de Força instalada total de MW, com galerias eletromecânicas localizadas a jusante da estrutura, (CF) ficando o deck de jusante, correspondente ao pátio dos transformadores, na El. 154,00. Tomada d Água (TA) A estrutura da tomada d água é do tipo gravidade aliviada, em concreto armado, formando um bloco monolítico com a Casa de Força. Cada bloco possui 3 (três) passagens hidráulicas formadas por 2 (dois) contrafortes laterais e dois pilares centrais. A estrutura está coroada na El. 159,00 e tem altura máxima de 46,5 m. TABELA 8: Breve descritivo das estruturas da UHE Estreito 3. BREVE DESCRIÇÃO DOS SERVIÇOS DE AUSCULTAÇÃO Atualmente a Leme Engenharia / Tractebel Engineering presta serviços de segurança de barragens à Tractebel Energia e ao CESTE, realizando a auscultação das suas estruturas civis, com base em uma equipe técnica de campo e uma equipe multidisciplinar de escritório. A equipe de campo é composta por técnicos civis, que realizam a leitura dos instrumentos, inspeções periódicas e eventualmente as inspeções específicas. Além disso, a equipe de técnicos de campo acompanha os serviços de manutenção das estruturas civis da usina. A equipe multidisciplinar de escritório é composta por Engenheiros Civis, Geólogo e Arquitetos, compondo áreas de geotecnia, geologia, fundações, estruturas e hidráulica. Esta equipe é responsável pela análise dos dados de instrumentação, acompanhamento técnico da equipe de campo, além da realização de inspeções das barragens e estruturas civis associadas. 10

11 4. COMPARAÇÃO ENTRE MODELOS NUMÉRICOS E VAZÕES DE PERCOLAÇÃO MEDIDAS Em alguns empreendimentos, devido à complexidade do maciço rochoso vinculado às altas permeabilidades ou até mesmo pela magnitude do empreendimento, modelos numéricos são utilizados para estimar a vazão de percolação pela fundação de estruturas de concreto. Nos subitens seguintes estão apresentados dois casos correspondentes a esse tipo de análise UHE Estreito e UHE Itaipu UHE ESTREITO Um caso a ser explanado de forma sucinta é a UHE Estreito (Maranhão) assente sobre um maciço arenítico de alta permeabilidade (k = 1X10-3 a 5X10-3 cm/s), onde os resultados de todos os ensaios de perda d água realizados não indicaram a existência de possíveis camadas contínuas com permeabilidade distinta. Foram realizadas análises de percolação em softwares de elementos finitos, para estimativa das vazões, tendo em vista a difícil avaliação do fraturamento e anisotropia do maciço rochoso e, consequentemente, a definição precisa da permeabilidade da fundação. Nestes modelos foram adotados os coeficientes de permeabilidade apresentados na Tabela 9. Foi mantida a nomenclatura dos modelos, apresentada pela Projetista. Na tabela estão apresentados apenas alguns dos modelos elaborados. MODELO kh (cm/s) kv (cm/s) kh / kv 2 4,0x10-3 cm/s 2,0x10-3 cm/s 2 4 4,0x10-3 cm/s 2,67x10-3 cm/s 1,5 TABELA 9: Modelos adotados e coeficientes de permeabilidade Como o volume de água era considerável, essa análise foi fundamental para dar suporte na definição das vazões afluentes aos poços de bombeamento dos blocos 1 e 14 da galeria do vertedouro composta por um sistema de drenagem para alívio das subpressões da fundação. Com base nas vazões medidas in loco e piezometria dos períodos de desvio do rio e de enchimento de reservatório, o Consórcio Projetista [7] efetuou uma retroanálise e calibragem do modelo de elementos finitos de percolação de água pelo maciço rochoso, chegando aos resultados apresentados na Tabela 10. CONDIÇÃO NA MONTANTE (m) NA JUSANTE (m) MODELO VAZÃO (m³/h) VAZÃO MÉDIA (m³/h) Operação normal mínima 156,00 131,00 Operação normal 156,00 134,00 Operação normal máxima Operação excepcional 156,00 136,00 158,00 152,80 Modelo 2 676,80* Modelo 4 758,10* Modelo 2 720,80* Modelo 4 814,00* Modelo 2 749,70* Modelo 4 837,00* Modelo ,00* Modelo ,00* 717,50 767,40 793, ,00 TABELA 10: Retroanálise e calibragem do modelo de elementos finitos de percolação de água pelo maciço. [7] 11

12 *Estas estimativas foram feitas a partir dos modelos ajustados pela Projetista com os dados de vazão e piezometria dos períodos de desvio do rio e de enchimento do reservatório [7] Após três anos de operação verificou-se que as vazões de percolação são inferiores às estimadas (Tabela 11). Atualmente, a vazão de percolação é de aproximadamente 15,8 l/min/m. DATA NA MONTANTE (m) NA JUSANTE (m) VAZÃO NO POÇO 01 (m³/h) MV-08 VAZÃO NO POÇO 14 (m³/h) MV-01 e MV-04 VAZÃO TOTAL (m³/h) 3/1/14 154,35 135,46 153,87 459,71 613,58 10/1/14 154,65 134,46 136,17 428,68 564,86 17/1/14 154,79 133,90 141,04 427,60 568,63 31/1/14 155,12 134,44 141,79 438,09 579,88 7/2/14 155,28 133,40 146,29 427,96 574,25 14/2/14 155,17 134,33 135,67 427,92 563,59 21/2/14 154,94 134,93 158,41 454,63 613,04 28/2/14 155,05 135,41 149,70 458,46 608,16 14/3/14 154,23 137,11 160,23 478,52 638,75 TABELA 11: Acompanhamento das vazões nos poços de bombeamento Medidores de vazão [8] 4.2. UHE ITAIPU Na sequência é apresentada uma descrição do modelo realizado para a UHE Itaipu, bem como os resultados medidas no ano de Esses resultados e análises foram obtidos da Dissertação de Porto [9]. Porto, 2002, apresenta uma proposta para estabelecer um critério válido para determinar a vazão de águas que percolam pela fundação de barragens, a partir de ensaios de perda d'água realizados na própria fundação do empreendimento. As vazões estimadas pelo critério do autor supracitado foram obtidas através de cálculos diretos da Lei de Darcy. O autor apresenta também um estudo comparativo de vazões com e sem a cortina de injeções. Na Tabela 12 estão apresentados apenas os valores considerando a cortina de injeções. FEIÇÕES GEOLÓGICAS K ADOTADO (cm/s) Fundação Rasa El. 60/65 Junta B El. 50/55 Junta e Contato entre derrames A/B El. 10/25 ÁREA DA SEÇÃO DRENANTE (m) VAZÃO / FEIÇÃO (l/s) 2,3E-04 1,1E+07 17,1 5,0E-06 1,1E+07 0,4 7,5E-06 3,2E+07 1,6 VAZÃO TOTAL MODELO (l/s) VAZÃO MEDIDA (l/s) 19,1 12,0 TABELA 12: Vazões calculadas e obtidas na fundação da estrutura de Desvio Área 1 *Considerou-se carga hidráulica igual a 153 m e distância de drenagem de 22 m, resultando em um gradiente hidráulico igual a 6,95 Com as análises realizadas por Porto, os resultados dos modelos apresentaram valores 60% acima do medido em campo. 12

13 5. COMPILAÇÃO DOS DADOS DE VAZÃO Com o intuito de apresentar dados de vazão de percolação que afluem às galerias dos barramentos em concreto, seja pelos drenos profundos, seja por infiltrações pelas paredes das galerias ou por pontos localizados captados, foi realizada uma compilação destes valores de vazão em termos de vazão específica (l/min/m). A obtenção da vazão especifica consiste em dividir a vazão total de percolação pela fundação pelo comprimento da estrutura no trecho de contribuição, obtendo desta forma a vazão específica em l/min/m. Foram inseridos na tabela apresentada por Silveira, 2003 [4], os dados de vazão de usinas pertencentes ao grupo da Tractebel Energia, CESTE, e outras referências encontradas em bibliografia pertinente. Destaca-se na Tabela 13 as vazões específicas de algumas estruturas de concreto de alguns empreendimentos hidrelétricos brasileiros. NOME DO PROJETO UHE ITÁ [10] (VERTEDOURO 1) UHE ITÁ [10] (VERTEDOURO 2) UHE MACHADINHO [10] (VERTEDOURO: GALERIA DE MONTANTE) UHE MACHADINHO [10] (VERTEDOURO GALERIA DE JUSANTE) UHE PASSO FUNDO [10] (VERTEDOURO - GALERIA 1) UHE PASSO FUNDO [10] (VERTEDOURO - GALERIA 2) UHE PASSO FUNDO [10] (VERTEDOURO GALERIA 3) UHE SALTO SANTIAGO [10] (VERTEDOURO) UHE SALTO OSÓRIO [10] (VERTEDOURO 2) UHE CANA BRAVA [10] (BLOCOS B-1 A B-6) UHE CANA BRAVA [10] (BLOCOS V-4 A B-6) UHE CANA BRAVA [10] (BLOCOS V-4 A B-7) UHE CANA BRAVA [10] (BLOCOS B-7 A B-9) UHE CANA BRAVA [10] (BLOCOS B-9 A B-16) ALTURA MÁXIMA (m) COMPRIMENTO (m) TIPO DE FUNDAÇÃO VAZÃO ESPECÍFICA PÓS-ENCHIMENTO MÉDIA (l/min/m) MÁXIMA (l/min/m) VAZÃO ESPECÍFICA RESERVATÓRIO ESTABILIZADO MÉDIA (l/min/m) MÁXIMA (l/min/m) BASALTO 0,43 1,28 0,40 2, BASALTO 3,56 5,19 1,37 2, ,5 RIODACITO 3,57 5,79 2,73 3, RIODACITO 1,26 3,15 0,87 1, ,32 BASALTO - - 0,20 0, ,60 BASALTO - - 0,14 0, ,60 BASALTO 0,13 0, ,40 BASALTO - - 0,01 0, ,20 BASALTO QUARTZO- MICA XISTO QUARTZO- MICA XISTO QUARTZO- MICA XISTO QUARTZO- MICA XISTO QUARTZO- MICA XISTO 0,62 1,67 0,21 0,38 0,19 0,64 0,13 0,52 0,19 0,62 0,16 0,33 0,24 0,46 0,19 0,48 0,31 0,77 0,14 0,30 13

14 NOME DO PROJETO UHE CANA BRAVA [10] (BLOCOS B-16 A B-20) UHE SÃO SALVADOR [10] (BLOCOS 1, 2 E 3) UHE SÃO SALVADOR [10] (BLOCOS 4 E 5) UHE SÃO SALVADOR [10] (TOMADA D ÁGUA) UHE ESTREITO [8] (VERTEDOURO) ALTURA MÁXIMA (m) COMPRIMENTO (m) , ,7 60 TIPO DE FUNDAÇÃO QUARTZO- MICA XISTO QUARTZO- MICA XISTO QUARTZO- MICA XISTO QUARTZO- MICA XISTO VAZÃO ESPECÍFICA PÓS-ENCHIMENTO MÉDIA (l/min/m) MÁXIMA (l/min/m) VAZÃO ESPECÍFICA RESERVATÓRIO ESTABILIZADO MÉDIA (l/min/m) MÁXIMA (l/min/m) 0,43 0,79 0,22 0,58 0,98 1,41 0,58 0,97 0,78 2,14 0,41 0,71 0,94 1,78 0,59 0,99 43, ARENITO ,8 - UHE SALTO CAXIAS [11] BASALTO - - 1,31 3,52 ÁGUA VERMELHA [12] BASALTO - - 0,14 10 CANOAS 1 [12] BASALTO - - 0,48 14,3 DONA FRANCISCA [12] ITAIPU [4] (VERTEDOURO) ITAIPU [4] (BARRAGENS LATERAIS) ITAIPU [4] (ESTRUTURAS DE DESVIO) BASALTO/ ARENITO - - 0,09 4, BASALTO - - 0, BASALTO - - 0, BASALTO - - 1,62 - ITAIPU [4] (TOTAL) 44/ BASALTO - - 1,24 - ILHA SOLTEIRA [4] BASALTO 2, JUPIÁ [4] BASALTO 0, PROMISSÃO [4] BASALTO 3, A.S. LIMA [4] (BAIRIRI) 32,5 385 BASALTO 0, IBITINGA [4] 31,7 509 BASALTO 0, XAVANTES [4] BASALTO 5, A.A. LAYDNER [4] (JURIMIRIN) A.S.OLIVEIRA [4] (LIMOEIRA) * ITUMBIARA [4] FURNAS [4] BASALTO 0, GNAISSE 0, ANFIBOLITO GNAISSE QUARTZITO S E XISTOS 0, , TABELA 13: Compilação de dados de vazão observados em galerias de concreto Destaca-se que muitas projetistas utilizam referências de vazões de outras usinas para estimativa em projetos de estruturas de concreto, sendo valores entre 1,0 l/min/m a 2,0 l/min/m os usualmente utilizados. A Figura 9 (pós-enchimento) e a Figura 10 (operação) apresentam os resultados de vazão específica em relação às diferentes condições geológicas do maciço de fundação. Dentre as principais considerações sobre esses gráficos têm-se: Observa-se uma boa relação entre a vazão específica e a altura máxima da estrutura, para diferentes geologias de fundação; 14

15 A maior concentração de vazões específicas é inferior a 1 l/min/m no período de operação; A vazão específica para o maciço arenítico está muito acima dos demais. Sugere-se ampliar o presente banco de dados, com informações de outras estruturas civis assentes em arenito ou maciços com elevada permeabilidade. FIGURA 9: Vazão específica média após o enchimento do reservatório FIGURA 10: Vazão específica média durante o período de operação (condição de estabilidade) É descrito nas bibliografias consultadas, sobre o comportamento das vazões, que as estruturas atingem vazões máximas, na maioria das vezes poucos meses após o reservatório atingir o nível máximo normal de operação, apresentando na sequência uma lenta tendência de queda das vazões, como consequência de um lento processo de assoreamento a montante e de colmatação dos caminhos de percolação através do maciço rochoso de fundação. Fato nítido na maioria das estruturas de concreto como mostram os gráficos apresentados na sequência (Figura 11 à Figura 14). 15

16 15-out abr out abr out abr set mar set mar set mar set mar set mar set mar ago fev ago fev ago fev ago fev ago fev ago jan jul jan-15 Vazão (l/min) e Pluviometria (mm) NA Reservatório (m) 01-jan dez nov out set ago ago jul jun mai abr mar mar fev jan dez-15 Vazão (l/min) e Pluviometria (mm) NA Reservatório (m) UHE CANA BRAVA - BARRAGEM DE CCR - GALERIA DE DRENAGEM MEDIDOR DE VAZÃO Tempo (dias) MV-010 Atenção Alerta Pluviometria MV-09 MV-05 MV-06 MV-07 MV-08 NA Reservatório FIGURA 11: Medidor de Vazão na Barragem CCR da UHE Cana Brava [13] 500 UHE ITÁ - VERTEDOURO 1 E 2 MEDIDORES TRIANGULARES DE VAZÃO - GALERIAS MV- VT1 Pluviometria MV- VT 2 NA Reservatório FIGURA 12: Medidor de Vazão nos Vertedouros 1 e 2 da UHE Itá [13] Tempo (dias) 16

17 17/8/2008 6/4/ /11/ /7/2010 4/3/ /10/ /6/ /1/ /9/2013 8/5/ /12/2014 Vazão (l/min) NA Reservatório (m) 17-ago mai jan out jun mar nov ago abr jan set jun mar nov ago abr jan set jun fev nov jul-16 Vazão (l/min) e Pluviometria (mm) NA Reservatório (m) 920 UHE MACHADINHO - VERTEDOURO MEDIDORES DE VAZÃO - GALERIA Tempo (dias) Vazão - MV-1 Pluviometria Vazão - MV-2 NA Reservatório FIGURA 13: Medidor de Vazão na galeria do Vertedouro da UHE Machadinho [13] 120 UHE - SÃO SALVADOR BARRAGEM DE CONCRETO (GALERIA) MEDIDOR DE VAZÃO MV-101 Início Enchimento MV-201 MV-102 NA Reservatório Tempo (dias) FIGURA 14: Medidor de Vazão na galeria da Barragem de Concreto da UHE São Salvador [13] 5. CONCLUSÕES Observa-se que as vazões de percolação pelas estruturas de concreto são regidas pelas características geológico-geotécnicas do maciço de rocha onde estão 17

18 implantadas as estruturas, condicionados por alta permeabilidade do maciço, sistema de fraturamento da rocha de fundação, dentre outras variáveis. Fazendo uma análise dos dados no período de operação, observa-se que grande parte das vazões provenientes destas estruturas ficam em torno de 1,0 l/min/m a 2,0 l/min/m, com exceção dos maciços que apresentam alta permeabilidade, como o caso da UHE Estreito, assente em arenito. Para suprir a necessidade do estado do conhecimento, sugere-se ampliar esse banco de dados com diferentes condições geológicas, sobretudo com maciços areníticos ou maciços com elevada permeabilidade. As vazões de infiltração tendem a reduzir ao longo da vida útil da usina pelo processo lento de assoreamento a montante e de colmatação dos caminhos de percolação. Em fundações de alta complexidade hidrogeológica, deve ser realizado um estudo aprofundado (investigações geológico-geotécnicas), que trará subsídios aos cálculos de subpressão atuante nas estruturas, bem como ao dimensionamento adequado do sistema de bombeamento, corroborando para que não ocorram surpresas ao longo do processo de implantação e operação do empreendimento. 6. AGRADECIMENTOS Os autores gostariam de registrar seus agradecimentos à Tractebel Energia e ao CESTE pela disponibilidade dos dados de instrumentação. Os autores agradecem também à equipe de campo da Leme Engenharia, pelo apoio e pelas informações repassadas. 7. PALAVRAS-CHAVE Segurança de Barragens, estruturas de concreto, medidores de vazão, vazão de percolação, drenos de alívio 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] OSAKO, CLAUDIO ISSAMY [2002]. A Manutenção dos Drenos nas Fundações de Barragens - O Caso Da Usina Hidrelétrica de Itaipu. Dissertação. UFPR Universidade Federal do Paraná. [2] LEVIS, SILVIA DELATTRE [2006]. Verificação da Eficácia dos Sistemas de Vedação e Drenagem em Fundações de Barragens de Concreto. Dissertação. USP Universidade de São Paulo. [3] SANDRONI, S., 2012, Notas de aula da disciplina de Barragens de Terra e Enrocamento. Curso de Mestrado da COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro. 18

19 [4] SILVEIRA, JOÃO FRANCISCO ALVES [2003]. Instrumentação e Comportamento de Fundações de Barragens de Concreto. [5] SOFTWARE GOOGLE EARTH [2015] - Imagens de Satélite. [6] BING MAPS [2015] - Imagens de Satélite. [7] Consórcio Projetista CNEC/INTERTECHNE Relatório ES2-RT-C-VTC/GG Projeto Executivo Vertedouro - Retro-Análises - Percolação E Piezometria [8] CESTE [ ] Dados de Instrumentação UHE Estreito. Documentação digital. Florianópolis-SC [9] PORTO, E.C. [2002]. Critério para Determinação de Vazões pela Fundação de Barragens com Base nos Ensaios de Perda d Água O caso da Usina Hidrelétrica de Itaipu. Dissertação. UFPR Universidade Federal do Paraná. [10] TRACTEBEL ENERGIA [ ] Dados de Instrumentação UHE Itá, Machadinho, Passo Fundo, Salto Santiago, Salto Osório, Cana Brava e São Salvador. Documentação digital. Florianópolis-SC [11] SOARES, M.A.S.; SEARA, R.W.; FERREIRA, E.S.; REIS, M.M. [2006]. Comportamento da Vazão de Percolação na Barragem de CCR da UHE Salto Caxias. II Simpósio sobre Instrumentação de Barragens. São Paulo. [12] SILVEIRA, J.F.A.; PEREIRA, P.N.; FERREIRA, W.V.F. [2005]. Análise Geológica na Fundação das Estruturas de Concreto de Canoas I e sua Influência no Comportamento da Barragem. XXVI Seminário Nacional de Grandes Barragens. Goiânia. [13] LEME ENGENHARIA TRACTEBEL ENGINEERING [ ] Arquivos Internos. 19