DESEMPENHO DA BEFC DE XINGÓ DURANTE 12 ANOS DE OPERAÇÃO

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1 COMITÊ BRASILEIRO DE BARRAGENS XXVII SEMINÁRIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS BELÉM PA, 03 A 07 DE JUNHO DE 2007 T101 A11 DESEMPENHO DA BEFC DE XINGÓ DURANTE 12 ANOS DE OPERAÇÃO Ricardo José Barbosa de SOUZA Engenheiro Civil CHESF, Companhia Hidro Elétrica do São Francisco. Alberto Jorge C.Tavares. CAVALCANTI Engenheiro Civil CHESF, Companhia Hidro Elétrica do São Francisco. Aurélio Alves de VASCONCELOS Engenheiro Civil CHESF, Companhia Hidro Elétrica do São Francisco. Patrícia Neves SILVA Engenheira Civil CHESF, Companhia Hidro Elétrica do São Francisco. RESUMO O aproveitamento hidrelétrico de Xingó está situado no rio São Francisco, entre os estados de Alagoas e Sergipe. A barragem principal é do tipo enrocamento com face de concreto (BEFC), com altura máxima de 150 m. A laje de concreto à montante tem a espessura variando entre 0,30 m e 0,70 m, juntas de contração verticais a cada 16 m, e foi executada em duas etapas. O comportamento da barragem durante os períodos de construção e operação foi acompanhado por instrumentos instalados em três seções. Marcos superficiais foram instalados ao longo da crista e no talude de jusante O enchimento do reservatório foi iniciado em 10 de junho de 1994 e concluído no dia 15 de novembro de Este trabalho apresenta o desempenho da barragem desde o enchimento do reservatório, durante 12 anos de operação. ABSTRACT Xingó Hydroelectric Plant is located on the São Francisco river, between the states of Alagoas and Sergipe. The main dam is of rockfill with upstream concrete face slab (CFRD), with maximum height of 150 m. The upstream slab thickness varies between 0,30 m and 0,70 m, and it was built with vertical contraction joints, 16 m apart, in two construction stages. The behavior of the dam during construction and operation was accompanied through monitoring instruments installed in three important sections. Superficial marks were installed along the crest of the dam and on some elevations of the downstream slope. The filling of the reservoir began on June 10, 1994 and reached its maximum normal water level on Nov. 15, This paper presents the dam performance since the reservoir filling, during 12 years of operation. XXVII Seminário Nacional de Grandes Barragens 1

2 1. INTRODUÇÃO O aproveitamento hidrelétrico de Xingó está situado no rio São Francisco, entre os estados de Alagoas e Sergipe. A usina tem uma potência instalada de MW e pertence à Companhia Hidroelétrica do São Francisco - CHESF. A barragem principal é do tipo enrocamento com face de concreto (BEFC), com altura máxima de 150 m, comprimento de crista de 850 m e volume de enrocamento de m 3. O talude de montante tem a inclinação de 1V:1,4H e o de jusante 1V:1,3H, incorporando duas bermas com largura de 12,0 m cada, correspondentes a estradas de acesso. O projeto do empreendimento foi desenvolvido pela Promon Engenharia Ltda. A fundação da barragem é de rochas gnaíssicas, com estrutura ora xistosa, ora granítica. Nas ombreiras, o enrocamento foi lançado sobre a rocha alterada sendo removida uma camada de 1,0 m a 1,50 m de solo superficial da fundação. No leito do rio, existia uma camada de aluvião que foi removida, a jusante da laje, numa faixa com largura equivalente a 2/3 da base montante, assim como no pé do talude de jusante, sendo incorporado à barragem no restante. O plinto foi construído com a espessura de 0,5 m, largura variando de 4,0 m a 7,7 m e ancorado em rocha sã através de chumbadores com diâmetro de 32 mm, a cada 1,7 m 2. O tratamento de fundação evidenciou um maciço de baixa permeabilidade; 93% dos trechos injetados consumiram menos de 50 kg/furo e somente 1% dos trechos consumiram mais de 300 kg/m. A laje de concreto à montante tem a espessura variando entre 0,30 m e 0,70 m, juntas de contração verticais a cada 16,0m, e foi executada em duas etapas, a primeira até a el 70 m e a segunda da el 70 m à el 138 m. O concreto especificado para laje tinha a resistência de 15 Mpa aos 28 dias, diâmetro máximo de agregado de 38 mm e empregou, em média, 247 kg de cimento e 53 kg de pozolana por metro cúbico. Foi adotada taxa de armadura de 0,4% em cada direção, Ø25 mm cada 15cm no centro da laje. Na área comprimida no centro da barragem, a taxa de armadura foi reduzida para 0,35%, com ferro Ø 25 mm cada 20 cm. Nas bordas das lajes, ao longo das juntas, utilizou-se armadura adicional para proteção contra danos por compressão. A concretagem foi executada com formas deslizantes com velocidade média de 1,6 m/hora. A vedação da junta perimetral consistiu de veda-junta de cobre, instalado na base da laje, de selo de mastique asfáltico protegido por manta de borracha reforçada com lona, parafusada no concreto, no topo da junta e de reservatório de areia (Zona A) imerso no aterro de montante sobre a junta perimetral. A vedação das juntas verticais entre painéis situadas no leito do rio consistiu de veda-junta de cobre, instalado na base. Nas juntas entre painéis das ombreiras, além do veda-junta de cobre, foi utilizado selo de mastique asfáltico, coberto com manta de borracha reforçada com lona. Para a execução do enrocamento foi utilizado o material granítico-gnáissico proveniente das escavações obrigatórias das estruturas, não sendo requerida exploração de pedreiras. A construção da barragem terminou no primeiro semestre de 1994 e o enchimento do reservatório ocorreu entre 10/06/94 e 15/11/94. XXVII Seminário Nacional de Grandes Barragens 2

3 A Figura 1 mostra a geometria da barragem e o zoneamento do enrocamento. Uma descrição mais detalhada da barragem e do empreendimento é apresentada em VASCONCELOS et all [1]. FIGURA 1: Seção Típica com Zoneamento da Barragem. 2. ZONEAMENTO DO ENROCAMENTO A Zona I, sob a laje de montante, tem a espessura variando de 4,0 m, na crista da barragem, a 6,0 m no nível mais baixo da fundação. Junto ao plinto as espessuras adotadas foram o dobro dos valores acima. Foram investigados diversos tipos de material, para utilização na Zona I, SILVA et all [2]. O material utilizado, do tipo "bica corrida", consistiu de enrocamento com finos processado no grizzly de quatro polegadas e com 5% em média passando na peneira 200. A Zona I foi compactada em camadas de espessura de 0,40 m, com 6 passadas de rolo vibratório de 9,2 t. O talude de montante foi compactado com 4 passadas de rolo liso de 5,7 t, sem vibração e 8 passadas ascendentes, com vibração. Após a compactação, o talude foi limpo com jatos de ar e efetuada imprimação com asfalto, na base de 1,3 l/m 2, em demão única. A Zona II, de transição para a Zona III, tem a espessura constante de 4,0 m, exceto junto ao contato com a fundação, onde a espessura foi de 8,0 m. O material da Zona II consistiu de enrocamento fino, com blocos não desagregáveis com diâmetro máximo menor que 0,40 m, espalhado em camadas com espessura de 0,40 m e compactado com 6 passadas de rolo liso vibratório de 9,2 t. O material foi umedecido nas pilhas de estoque, com carro pipa. A execução da Zona II precedeu sempre a da Zona I, sendo removidos os materiais segregados no contato entre as duas zonas. A Zona III corresponde à região do terço de montante da seção da barragem. O material da Zona III consistiu de enrocamento são, espalhado com trator de esteira e compactado em camadas de espessura de 1,0 m, com 4 passadas de rolo liso XXVII Seminário Nacional de Grandes Barragens 3

4 vibratório de 9,2 t. Na área de 6,0 m de largura, junto ao contato com a Zona II, a espessura das camadas de lançamento foi de 0,80 m. Durante o espalhamento e compactação foi adicionada água através de monitores com vazão de 9,2 l/s cada. A Zona IV, correspondente à porção de jusante da barragem, utilizou enrocamento não selecionado, espalhado e compactado em camadas com espessura de 2,0 m, sem molhagem, com 4 passadas de rolo liso vibratório de 9,2 t. Principalmente na região da ombreira esquerda e em parte da porção do leito do rio foi utilizada uma mistura de enrocamento são com finos e de enrocamento alterado com finos provenientes da escavação do vertedouro. A Zona IV incorporou também o dique de enrocamento lançado no eixo da barragem, para auxílio na operação de desvio do rio. 3. PLANO DE INSTRUMENTAÇÃO A instrumentação de auscultação da barragem foi planejada para efetuar medições de deslocamentos do maciço de enrocamento e registrar as movimentações das juntas na laje de concreto da face de montante. O projeto considerou a influência do efeito tridimensional da forma do vale, que apresenta ombreiras bastante íngremes, com declives da ordem de 45o e topografia da fundação com queda acentuada para jusante. Para monitoramento dos deslocamentos verticais e horizontais do maciço de enrocamento foram escolhidas três seções chaves representativas da ombreira direita, seção de maior altura no leito do rio e ombreira esquerda, localizadas respectivamente nas Estacas 40+00, e Também foram instalados instrumentos em alguns locais considerados críticos principalmente na ombreira esquerda. A instrumentação da laje de montante concentrou-se na observação dos deslocamentos diferenciais entre a laje e o plinto, na abertura das juntas entre lajes na região das ombreiras, e na observação das temperaturas e tensões um uma das lajes centrais da barragem, que atingia cerca de 250 m de extensão. Posteriormente ao enchimento do reservatório foi instalada uma instrumentação adicional para acompanhamento de deslocamentos e abertura de juntas na região onde se observou o aparecimento de trincas na laje, SOUZA et all [3]. 3.1 DESLOCAMENTOS VERTICAIS E HORIZONTAIS Os recalques do maciço de enrocamento estão sendo monitorados através de células hidráulicas de recalque, tipo caixa sueca baseadas no princípio de vasos comunicantes, associadas a medições topográficas das cabines de leitura localizadas no talude de jusante. Na seção do leito do rio foram instalados dois medidores magnéticos de recalque, um a montante do eixo, localizado na zona III, e outro a jusante, localizado na zona IV cujo princípio de funcionamento é a indução de um sinal de rádio, quando o torpedo de leitura passa pelo campo eletromagnético gerado no centro de um anel imantado permanentemente. As placas destes medidores estão espaçadas de 4 m para a zona III e 6m para a zona IV. Os deslocamentos horizontais são medidos nas mesmas posições das células de recalque, através de extensômetros múltiplos de hastes horizontais tipo KM. Os deslocamentos de placas embutidas no aterro, junto das células de recalque, são medidos na extremidade livre das hastes nas cabines de leitura a jusante. Foram XXVII Seminário Nacional de Grandes Barragens 4

5 instaladas placas do KM e células de recalque bem próximas da laje de concreto para possibilitar o registro dos deslocamentos da laje de concreto. Superficialmente, os deslocamentos horizontais e verticais estão sendo medidos através de nivelamentos topográficos de precisão em marcos instalados no topo da laje, na parte superior do talude de montante e superfície do talude de jusante, incluindo as cabines de leitura da instrumentação, Figuras 2 a 5. Para medição de deslocamentos do maciço de enrocamento foram instaladas 23 células de recalque CR, 08 extensômetros múltiplos KM com 23 placas, 24 marcos superficiais, 08 marcos nas cabines, 02 medidores magnéticos de recalque. FIGURA 2: Planta de Locação das Seções Chaves Marcos Superficiais FIGURA 3: Instrumentação da Seção Chave da Estaca 40 XXVII Seminário Nacional de Grandes Barragens 5

6 FIGURA 4: Instrumentação da Seção Chave da Estaca 49 FIGURA 5: Instrumentação da Seção Chave da Estaca ABERTURA DE JUNTAS, TENSÕES, TEMPERATURA E VAZÃO Para medição dos deslocamentos diferenciais entre a laje de concreto e o plinto e os deslocamentos da abertura entre os painés da laje de concreto, foram instalados medidores individuais e rosetas de medidores elétricos de juntas, localizados na seção de maior altura e nas ombreiras. Para observações de tensões na laje, foram instaladas rosetas de deformímetros, constituídas de três deformímetros cada uma, embutidas no concreto. Para acompanhamento das evoluções térmicas, durante a fase de hidratação do concreto, foram instalados termômetros, ao longo da laje. As vazões de drenagem da fundação e da infiltração pela junta perimetral e laje de montante, são obtidas através de um medidor de vazão triangular, MV01, instalado no topo da ensecadeira de jusante, efetuando-se assim um controle global das infiltrações e drenagem da barragem e fundação, Figura 6. Foram instalados 26 medidores elétricos de junta, 06 termômetros elétricos, 06 deformímetros corretores, 06 deformímetros isolados e 01 medidor de vazão global da barragem. Os instrumentos elétricos, instalados na laje, estão com a vida útil ultrapassada, apresentavam leituras anômalas e estão desativados desde XXVII Seminário Nacional de Grandes Barragens 6

7 FIGURA 6: Instrumentação da Laje de Concreto, Marcos e Medidor de Vazão 3.3 DEFLEXÃO DA LAJE Na seção chave, da estaca 62 na ombreira esquerda, foram instalados 10 eletroníveis aplicados externamente sobre a laje, conforme apresentado na Figura 7. Os eletroníveis medem a rotação no ponto de instalação, o que possibilita por integração o cálculo da deflexão da laje. Na oportunidade, era a primeira vez que este tipo de instrumento estava sendo utilizado na monitoração de barragens no Brasil. A seção da estaca 62, com 98 metros de altura, embora não seja a de maior altura foi escolhida para instalação dos eletroníveis devido à conformação desfavorável de sua fundação. O declive para jusante da fundação, ocasionou durante a construção o aparecimento de trincas na zona de apoio da laje e posteriormente contribuiu para fissuração da própria laje de concreto. Na elaboração do projeto, a definição do posicionamento dos eletroníveis foi influenciada pelos eventos citados anteriormente e pela localização das células de recalque e extensômetros horizontais, já instalados no interior do maciço na seção considerada, CAVALCANTI et all.[4] FIGURA 7: Eletroníveis Instalados na Seção da Estaca 62 XXVII Seminário Nacional de Grandes Barragens 7

8 4. COMPORTAMENTO DA BARRAGEM DE ENROCAMENTO 4.1 PERÍODO CONSTRUTIVO Os recalques medidos durante o período construtivo, na seção mais alta da barragem, estaca 49, atingiram os valores máximos de 170 cm na Zona III e 290 cm na Zona IV. Considerando estes recalques registrados pela instrumentação e efetuando-se uma retro-análise, foram obtidos seguintes módulos médios de deformabilidade para o maciço de enrocamento, SOUZA et all [5]: Zona III - E = 32 Mpa Zona IV - E = 20 MPa Foi observado, em termos gerais, um bom ajuste entre valores medidos e teóricos, destacando-se que os recalques medidos confirmaram a existência de uma significativa descontinuidade entre os recalques das Zonas III e IV. Para os instrumentos na superfície do talude de jusante, os deslocamentos medidos revelaram componentes horizontais maiores que aquelas calculadas teoricamente. O deslocamento horizontal máximo observado na seção 49, ao final do período construtivo, foi de 59 cm medido superficial e 53 cm interno ao maciço. Destacamos as seguintes ocorrências verificadas durante a construção da barragem, com relação ao comportamento do maciço de enrocamento: Quando do início da execução da 2ª etapa de construção da laje, entre a el 70 m e a el 135 m, foram observados vazios, da ordem de alguns centímetros, entre a laje de concreto de montante e o maciço de enrocamento da Zona I, na el 70 m, topo da 1ª fase. Esses vazios foram preenchidos com argamassa e calda de cimento, antes da execução da complementação da laje, acima da el 70 m. Foram observadas algumas fissuras superficiais na face exposta da Zona I, antes da execução da laje de montante, entre a el 70 m e a el 135 m, no entorno da el 115 m da ombreira esquerda. Essas fissuras parecem ter sido causadas pela inclinação jusante da fundação rochosa. As fissuras foram preenchidas com areia fina aplicada com água, logo após o aterro ter atingido a elevação da crista, e recomposição da face do talude com material da zona I. 4.2 DESLOCAMENTOS E VAZÃO. Os deslocamentos da barragem, durante os 12 anos de operação, foram acompanhados nas três seções chaves, uma na ombreira direita (estaca 40), uma no leito do rio (estaca 49) e outra na ombreira esquerda (estaca 62) e através de marcos superficiais instalados ao longo da crista da barragem e do talude de jusante, conforme mostrado nas Figuras 2 a 5. Os deslocamentos verticais e horizontais medidos após o enchimento do reservatório estão apresentados nas Figuras 8 a 19, correspondentes às medições das células de recalque CR, marcos superficiais MS e CL e extensômetros múltiplos KM. XXVII Seminário Nacional de Grandes Barragens 8

9 recalque (mm) Estaca 40 - deslocamento vertical - CR cr01 cr02 cr03 cr05 cr06 cr07 cr08 cr09 600,00 550,00 500,00 450,00 400,00 350,00 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00 05/06/94 02/12/94 31/05/95 27/11/95 25/05/96 21/11/96 20/05/97 16/11/97 15/05/98 11/11/98 10/05/99 06/11/99 04/05/00 31/10/00 29/04/01 26/10/01 24/04/02 21/10/02 19/04/03 16/10/03 13/04/04 10/10/04 08/04/05 05/10/05 03/04/06 30/09/06 29/03/07 25/09/07 FIGURA 8: Deslocamentos Verticais CR medidos na Seção da Estaca 40 Estaca 40 - deslocamento vertical - MS e CL recalque (mm) 600,0 550,0 500,0 450,0 400,0 350,0 300,0 250,0 200,0 150,0 100,0 50,0 0,0 05/06/94 cl01 cl02 cl03 ms07 ms21 02/12/94 31/05/95 27/11/95 25/05/96 21/11/96 20/05/97 16/11/97 15/05/98 11/11/98 10/05/99 06/11/99 04/05/00 31/10/00 29/04/01 26/10/01 24/04/02 21/10/02 19/04/03 16/10/03 13/04/04 10/10/04 08/04/05 05/10/05 03/04/06 30/09/06 29/03/07 25/09/07 FIGURA 9: Deslocamentos Verticais MS e CL medidos na Seção da Estaca 40 XXVII Seminário Nacional de Grandes Barragens 9

10 Estaca 40 - deslocamento horizontal - KM KM1P1 KM1P2 KM1P3 KM2P1 KM2P2 KM1P4 KM2P3 KM3P1 KM3P2 400,0 350,0 300,0 250,0 200,0 150,0 100,0 50,0 0,0 5/6/1994 2/12/ /5/ /11/ /5/ /11/ /5/ /11/ /5/ /11/ /5/1999 6/11/1999 4/5/ /10/ /4/ /10/ /4/ /10/ /4/2003 deslocamento horizontal (mm) 16/10/ /4/ /10/2004 8/4/2005 5/10/2005 3/4/ /9/ /3/ /9/2007 FIGURA 10: Deslocamentos Horizontais KM medidos na Seção da Estaca 40 deslocamento horizontal (mm) Estaca 40 - deslocamento horizontal- MS e CL cl01 cl02 cl03 MS07 MS21 400,0 350,0 300,0 250,0 200,0 150,0 100,0 50,0 0,0 5/6/1994 2/12/ /5/ /11/ /5/ /11/ /5/ /11/ /5/ /11/ /5/1999 6/11/1999 4/5/ /10/ /4/ /10/ /4/ /10/ /4/ /10/ /4/ /10/2004 8/4/2005 5/10/2005 3/4/ /9/ /3/ /9/2007 FIGURA 11: Deslocamentos Horizontais MS e CL na Seção da Estaca 40 XXVII Seminário Nacional de Grandes Barragens 10

11 recalque (mm) Estaca 49 - deslocamento vertical - CR cr 10 cr 11 cr 14 cr 15 cr 17 cr ,00 550,00 500,00 450,00 400,00 350,00 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00 05/06/94 02/12/94 31/05/95 27/11/95 25/05/96 21/11/96 20/05/97 16/11/97 15/05/98 11/11/98 10/05/99 06/11/99 04/05/00 31/10/00 29/04/01 26/10/01 24/04/02 21/10/02 19/04/03 16/10/03 13/04/04 10/10/04 08/04/05 05/10/05 03/04/06 30/09/06 29/03/07 25/09/07 FIGURA 12: Deslocamentos Verticais CR medidos na Seção da Estaca 49 recalque (mm) 600,0 550,0 500,0 450,0 400,0 350,0 300,0 250,0 200,0 150,0 100,0 50,0 0,0 05/06/94 Estaca 49 - deslocamento vertical - MS e CL cl 04 cl 05 cl 06 ms 11 ms 22 02/12/94 31/05/95 27/11/95 25/05/96 21/11/96 20/05/97 16/11/97 15/05/98 11/11/98 10/05/99 06/11/99 04/05/00 31/10/00 29/04/01 26/10/01 24/04/02 21/10/02 19/04/03 16/10/03 13/04/04 10/10/04 08/04/05 05/10/05 03/04/06 30/09/06 29/03/07 25/09/07 FIGURA 13: Deslocamentos Verticais MS e CL medidos na Seção da Estaca 49 XXVII Seminário Nacional de Grandes Barragens 11

12 Estaca 49 - deslocamento horizontal-km KM4P1 KM4P2 KM4P3 KM4P4 KM5P1 KM5P2 KM5P3 KM6P1 KM6P2 400,0 350,0 300,0 250,0 200,0 150,0 100,0 50,0 0,0 05/06/94 02/12/94 31/05/95 27/11/95 25/05/96 21/11/96 20/05/97 16/11/97 15/05/98 11/11/98 10/05/99 06/11/99 04/05/00 31/10/00 29/04/01 26/10/01 24/04/02 21/10/02 19/04/03 16/10/03 13/04/04 10/10/04 08/04/05 05/10/05 03/04/06 deslocamento horizontal (mm) 30/09/06 29/03/07 25/09/07 FIGURA 14: Deslocamentos Horizontais KM medidos na Seção da Estaca ,000 Estaca 49 - deslocamento horizontal-ms e CL MS22 cl04 cl05 cl06 MS11 350,000 deslocamento horizontal (mm) 300, , , , ,000 50,000 0,000 05/06/94 02/12/94 31/05/95 27/11/95 25/05/96 21/11/96 20/05/97 16/11/97 15/05/98 11/11/98 10/05/99 06/11/99 04/05/00 31/10/00 29/04/01 26/10/01 24/04/02 21/10/02 19/04/03 16/10/03 13/04/04 10/10/04 08/04/05 05/10/05 03/04/06 30/09/06 29/03/07 25/09/07 FIGURA 15: Deslocamentos Horizontais MS e CL na Seção da Estaca 49 XXVII Seminário Nacional de Grandes Barragens 12

13 Estaca 62 - deslocamento vertical CR - vazão MV cr19 cr20 cr21 cr22 cr23 MV01 600,00 240,00 550,00 220,00 500,00 450,00 200,00 180,00 recalque (mm) 400,00 350,00 300,00 250,00 200,00 160,00 140,00 120,00 100,00 80,00 vazão (l/s) 150,00 60,00 100,00 50,00 40,00 20,00 0,00 0,00 05/06/94 02/12/94 31/05/95 27/11/95 25/05/96 21/11/96 20/05/97 16/11/97 15/05/98 11/11/98 10/05/99 06/11/99 04/05/00 31/10/00 29/04/01 26/10/01 24/04/02 21/10/02 19/04/03 16/10/03 13/04/04 10/10/04 08/04/05 05/10/05 03/04/06 30/09/06 29/03/07 25/09/07 FIGURA 16: Deslocamentos Verticais CR na Estaca 62 e Vazão Total Estaca 62 - deslocamento vertical MS e CL - vazão MV cl07 cl08 ms16 ms19 ms24 MV01 600,0 240,00 550,0 220,00 500,0 450,0 200,00 180,00 400,0 350,0 300,0 250,0 200,0 150,0 100,0 50,0 0,0 05/06/94 02/12/94 31/05/95 27/11/95 25/05/96 21/11/96 20/05/97 16/11/97 15/05/98 11/11/98 10/05/99 06/11/99 04/05/00 31/10/00 29/04/01 26/10/01 24/04/02 21/10/02 19/04/03 16/10/03 13/04/04 10/10/04 08/04/05 05/10/05 03/04/06 30/09/06 29/03/07 25/09/07 recalque (mm) 160,00 140,00 120,00 100,00 80,00 vazão (l/s) 60,00 40,00 20,00 0,00 FIGURA 17: Deslocamentos Verticais MS e CL na Estaca 62 e Vazão Total XXVII Seminário Nacional de Grandes Barragens 13

14 Estaca 62 - deslocamento horizontal KM - vazão MV KM7P1 KM7P2 KM7P3 KM8P1 KM8P2 MV01 deslocamento horizontal (mm) 400,0 375,0 350,0 325,0 300,0 275,0 250,0 225,0 200,0 175,0 150,0 125,0 100,0 75,0 50,0 25,0 0,0 240,00 210,00 180,00 150,00 120,00 90,00 60,00 30,00 0,00 5/6/1994 2/12/ /5/ /11/ /5/ /11/ /5/ /11/ /5/ /11/ /5/1999 6/11/1999 4/5/ /10/ /4/ /10/ /4/ /10/ /4/ /10/ /4/ /10/2004 8/4/2005 5/10/2005 3/4/ /9/ /3/2007 vazão (l/s) 25/9/2007 FIGURA 18: Deslocamentos Horizontais KM na Estaca 62 e Vazão Total Estaca 62 - deslocamento horizontal MS e CL- vazão MV CL07 CL08 MS16 MS19 MS24 MV01 400,0 375,0 350,0 325,0 300,0 275,0 250,0 225,0 200,0 175,0 150,0 125,0 100,0 75,0 50,0 25,0 0,0 5/6/1994 2/12/ /5/ /11/ /5/ /11/ /5/ /11/ /5/ /11/ /5/1999 6/11/1999 4/5/ /10/ /4/ /10/ /4/ /10/ /4/ /10/ /4/ /10/2004 8/4/2005 5/10/2005 3/4/ /9/ /3/ /9/2007 deslocamento horizontal (mm) 240,00 210,00 180,00 150,00 120,00 90,00 60,00 30,00 0,00 vazão (l/s) FIGURA 19: Deslocamentos Horizontais MS e CL na Estaca 62 e Vazão Total XXVII Seminário Nacional de Grandes Barragens 14

15 O enchimento do reservatório foi iniciado em 10 de junho de 1994, com o nível d água na el 40 m, subindo rapidamente para a el 120 m no dia 16 de junho, com uma taxa média de 13,3 m/dia. A velocidade do enchimento foi reduzida e o nível d água atingiu a el 134 m no dia 13 de julho, onde permaneceu até o dia 11 de novembro, quando o enchimento foi reiniciado. O nível do reservatório alcançou a el 138 m no dia 15 de novembro de 1994 e desde então tem oscilado entre 138 m e 137,5 m. As vazões estão apresentadas nas Figuras 16 a 19, junto com os deslocamentos da estaca 62. Os resultados da deflexão da barragem, durante os 12 anos de operação, medidos com eletroníveis na seção chave da ombreira esquerda, estão apresentados na Figura 20. deflexão (m) 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0, Elevação (m) BARRAGEM DE XINGO deflexão da laje na estaca 62+1 obtida com eletroníveis FIGURA 20: Evolução da Deflexão ao Longo da Altura da Laje na Estaca /nov/94 22/nov/95 20/nov/97 6/dez/01 1/set/ PRINCIPAIS OCORRÊNCIAS Destacamos as seguintes ocorrências verificadas durante os doze primeiros anos de operação da barragem, com relação ao comportamento do maciço de enrocamento e laje de concreto: XXVII Seminário Nacional de Grandes Barragens 15

16 Aumento da vazão de infiltração, cerca de 01 ano após o enchimento do reservatório, atribuído à abertura de juntas e fissuras na laje de concreto na região da ombreira esquerda; Aparecimento de água no talude de jusante na s El 110 m e El 85 m, nos locais das cabines de leituras CL-08 e CL-07, atribuído a formação de lençóis suspensos no maciço de enrocamento; Intensificação dos recalques, cerca de 01 ano após o enchimento do reservatório, atribuído a molhagem do enrocamento causada pela infiltração na região da ombreira esquerda; Quebra de um fragmento na extremidade inferior da laje L5, na interseção da junta perimetral com a junta L4/L5, faltando pedaço do concreto e trinca na mesma região, com cerca de 90 cm de comprimento e 2,0 cm de abertura. Trecho com a laje L5 mais afundada que a laje L4, começando na metade da junta L4/L5 e atingindo seu máximo, com cerca de 30 cm em sua base, atribuído a concentração de tensões, decorrente da geometria desfavorável, causada pelo ponto de deflexão da junta perimetral, entre laje L4/L5. A Figura 21 mostra a localização dos danos na laje; FIGURA 21: Locação dos Danos na Laje na Ombreira Esquerda Na laje L6 foi detectada uma série de trincas subparalelas, a cerca de 25 m de profundidade, entre as El. 111 m e El. 113 m, com abertura de até 35 mm, inclinadas de aproximadamente 45 em relação ao eixo, atingindo a largura total da laje. No topo da laje L13, já na região emersa, e em profundidade próximo à junta L12/L13 foram constatados esmagamentos e afundamentos do concreto, atribuídos a forte compressão da laje neste local; Realização de inspeções subaquáticas periódicas, com mergulhadores e através de veículo dotado de câmara de TV com controle remoto - robô, para identificar e acompanhar a evolução dos danos na laje de concreto; Foram constatados diversos pontos de forte sucção nas trincas da laje; Foram realizadas três campanhas de tratamento das fissuras e pontos de sucção através do lançamento de areia fina siltosa em de sacos com 30 Kg de peso com o auxílio de mergulhadores. A areia, com granulometria em termos de percentagem que passa de 99,8% # 1,2 mm; 99,5% # 0,6 mm; 90,4% # 0,3 mm; 26,1 # 0,15 mm, foi lançada diretamente sobre as trincas até a colmatação e paralisação da sucção. A Figura 22 mostra a evolução XXVII Seminário Nacional de Grandes Barragens 16

17 da vazão e da quantidade de sacos lançados nas lajes L5 e L6 nas três etapas de tratamento, CAVALCANTI et all [6] TRATAMENTO DA LAJE x VAZÃO Sacos de areia (UN de 30 Kg) Vazão de infiltração - MV01 (l/s) 0 19/08/93 16/04/94 12/12/94 09/08/95 05/04/96 01/12/96 29/07/97 26/03/98 Sacos lançados na L5 Total L5 e L6 21/11/98 19/07/99 15/03/00 10/11/00 08/07/01 05/03/02 31/10/02 28/06/03 23/02/04 20/10/04 17/06/05 12/02/06 Sacos lançados na L6 Infiltração barragem 10/10/06 07/06/07 FIGURA 22: Evolução da Vazão e Tratamento da Laje Sacos de Areia Lançados Diretamente nos Locais de Sucção por Mergulhadores ANÁLISE DA INSTRUMENTAÇÃO DA BARRAGEM Da análise das medições de deslocamento da BEFC, durante os 12 anos de operação após o enchimento do reservatório, seguem as seguintes observações principais: Os maiores recalques dos marcos superficiais ocorreram na seção central da barragem, tendo atingido cerca de 60,0 cm no MS11 na crista e 50,0 cm no marco da cabine de leitura CL-6, na El. 110 m; O máximo recalque medido no interior do maciço pelas células de recalque totalizou cerca de 54,0 cm e ocorreu na CR18 na El. 110 m, Estaca 49, na seção central da barragem; O máximo recalque medido na zona I sob a laje pelas células de recalque totalizou cerca de 52,0 cm e ocorreu na CR14 na El. 85 m, Estaca 49, na seção central da barragem; Os máximos deslocamentos horizontais, medidos pelos marcos topográficos, atingiram 38,0 cm, medido no MS22 na crista, e 30,0 cm no marco da CL4 na El. 110 m, na seção central da barragem; O máximo deslocamento horizontal interno atingiu cerca de 31,0 cm, tendo ocorrido no KM6P1 na seção central da BEFC El. 110, junto à laje de montante; Entre o final do enchimento do reservatório ocorrido em Novembro de 1994 e o mês de Agosto de 1995 o comportamento da barragem, em termos de XXVII Seminário Nacional de Grandes Barragens 17

18 deslocamentos e vazões de infiltração, foi perfeitamente normal, observando-se nas três seções transversais instrumentadas uma tendência de estabilização das medições; Entre setembro e novembro de 1995, os instrumentos instalados na Estaca 62 registraram uma rápida intensificação dos recalques, com aumento de velocidades de até dez vezes as anteriormente observadas; O aumento da velocidade dos recalques coincide com o aumento da vazão de infiltração e com a observação do aparecimento de trinca na laje L5 e família de trincas paralelas na L6, nas proximidades da Estaca 65, ver Figura 22. A intensificação das vazões na parte alta da ombreira esquerda teria implicado em escoamento da água em direção à calha do rio e para jusante, devido à conformação da ombreira esquerda nesta região, provocando a molhagem do enrocamento e o acréscimo brusco dos recalques; Após o aparecimento das trincas na laje, os instrumentos da estaca 62, apresentaram acelerações bruscas nos deslocamentos internos do enrocamento seguido de bruscas desacelerações, em conseqüência do lançamento de areia e redução na vazão de infiltração. A deflexão medida pelos eletroníveis mostrou no mês de Novembro de 1994, logo no final do enchimento do reservatório, o valor máximo de 33 cm na elevação 70 m e mínimo de 17 cm na elevação 135 m. Entre Novembro de 1994 e Novembro de 1995 houve uma variação acentuada da deflexão acima da elevação 90 m, principalmente na El. 138 m, com pontos de inflexão nas elevações 70 m, 100 m, 112 m e 125 m. Entre Novembro de 1995 e Novembro de 1997 houve acréscimo nas deflexões ao longo de toda a altura da barragem, de forma proporcional à altura, com a máxima deflexão de 47 cm ocorrendo na El. 138 m. Entre 1997 e 2001 os acréscimos nas deflexões ocorrem de forma mais acentuada abaixo da el 125 m, com o máximo deslocando-se da El 138 m para a El 105 m, 57 cm. Entre 2001 e 2006 permaneceu a tendência abaixo da el 125 m e observou-se uma atenuação na taxa de deformação acima desta elevação. A deflexão máxima de 58 cm deslocou-se para a El 100 m e acentuou-se a inflexão da El 125 m. A inflexão na curva da deflexão da laje sugere o aparecimento de trinca na El 125 m devido a maior deformabilidade da zona IV e da conformação da fundação. Esses fatores também se refletiram na posição da deflexão máxima que ocorre acima da metade superior da altura da seção. Os recalques específicos, registrados pelos marcos superficiais, eram praticamente iguais nas três seções instrumentadas em Novembro de 1995, um ano após o enchimento do reservatório. Em Novembro de 2006 o acréscimo dos deslocamentos verticais em relação a Novembro de 1995 foi de 30% na estaca 40, 46% na estaca 49 e 83% na estaca 62, ver Tabela 1. Estes valores indicam a influência da molhagem do enrocamento pela vazão de infiltração da ombreira esquerda que chegou a afetar inclusive a seção central da barragem. XXVII Seminário Nacional de Grandes Barragens 18

19 Estaca. Altura (m) Recalque 1995 (mm) Recalque 2006 (mm) Recalque Específico 1995 (%) Recalque Específico 2006 (%) VARIAÇÃO 2006/1995 (%) ,2451 0, ,2567 0, ,2988 0, TABELA 1 Recalques Específicos 1 Ano e 12 Anos Após o Enchimento O tratamento com lançamento de areia diretamente nos pontos de sucção da laje foi eficaz na redução das vazões durante os anos de 1998 e 1999, em conseqüência observou-se uma redução nas velocidades dos deslocamentos medidos na ombreira esquerda, ver Figuras 16 a 19. A partir de 2001 houve um aumento progressivo na vazão de infiltração que estabilizou com um novo lançamento de areia em 2002, retomando o crescimento em 2003 com estabilização em 2005 em cerca de 175 l/s. Em 2007, será efetuada mais uma inspeção, seguida do necessário tratamento, aplicando-se a mesma técnica anterior. 6. CONCLUSÕES As principais conclusões referentes ao desempenho da barragem de enrocamento com face de concreto, são as seguintes: As fissuras nas lajes da ombreira esquerda ocorreram na mesma região onde havia as fissuras na superfície da Zona I, ao final do período construtivo, cujas causas estão associadas essencialmente à protuberância do maciço rochoso existente nesta ombreira, a montante, que cria um acentuado desnível entre as regiões das Zonas III e IV da barragem. A intensificação dos recalques observada a partir de Setembro de 95, foi provavelmente causada pelas infiltrações que passaram a ocorrer através das lajes L 4/5 e L6, particularmente, causando a molhagem do enrocamento da Zona IV da barragem. A barragem de Xingó apresentou valores de recalque específico entre 0,31 % e 0,54 % em Novembro de 2006, ainda sem tendência de estabilização. A deformação lenta do maciço de enrocamento variou entre 30% e 83% em relação a Novembro de Esse comportamento provavelmente deve se prolongar por vários anos até que ocorra a estabilização dos recalques. O lançamento de areia siltosa se revelou eficiente em termos de redução das vazões de infiltração, tendo-se conseguido uma redução da ordem de 195 l/s para 135 l/s após o tratamento de O acompanhamento através da instrumentação da barragem foi de fundamental importância para detecção e correção dos problemas encontrados. XXVII Seminário Nacional de Grandes Barragens 19

20 7. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem a Companhia Hidro Elétrica do São Francisco - CHESF o apoio recebido e a autorização de divulgação dos dados apresentados no trabalho. 8. PALAVRAS-CHAVE Xingó, BEFC, Instrumentação, Segurança de barragem, Barragem de enrocamento. 9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] VASCONCELOS, A.A., EIGENHEER, L.P, SOUZA, R.J.B. (1991) Concepção da barragem de Xingo.I Simpósio Sobre Barragens de Enrocamento com Face de Concreto, UHE Segredo - SC. [2] SILVA, S.A, CASARIN, C., SOUZA R.J.B, (1999).- Utilização de transição semi permeável sob a face de concreto da barragem de Xingo, II Simpósio Sobre Barragens de Enrocamento com Face de Concreto, Florianópolis. [3] SOUZA, R.J.B., CAVALCANTI, A.J.C.T., SILVEIRA, J.F.A. (1996) - Comportamento da BEFC de Xingó durante o período construtivo e fase de enchimento do reservatório, II Simpósio Sobre Instrumentação de Barragens. CBDB, Belo Horizonte. [4] CAVALCANTI, A.J.C.T., SOUZA, R.J.B., ROCHA, P., SABOYA, F.A., (1994) - Utilização de eletroníveis na monitoração da barragem de Xingo, XXI Seminário Nacional de Grandes Barragens, Rio de Janeiro,. [5] SOUZA, R.J.B., CAVALCANTI, A.J.C.T., SILVEIRA, J.F.A., (1996) Comportamento da BEFC de Xingó durante o período construtivo e fase de enchimento do reservatório, II Simpósio Sobre Instrumentação de Barragens.CBDB, Belo Horizonte. [6] CAVALCANTI, A.J.C.T., SOUZA, R.J.B., SILVA, S.A, SILVEIRA, J.F.A., (1999) - Barragem de enrocamento com face de concreto de Xingó - comportamento peculiar na região da ombreira esquerda, II Simpósio Sobre Barragens de Enrocamento com Face de Concreto, Florianópolis. XXVII Seminário Nacional de Grandes Barragens 20