F. Cerqueira 1*, J. Neves 1

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1 Versão online: Comunicações Geológicas (2014) 101, Especial III, IX CNG/2º CoGePLiP, Porto 2014 ISSN: X; e-issn: X Caracterização geológica e geotécnica da fundação da ensecadeira da tomada de água do futuro reforço de potência do escalão de montante do aproveitamento hidroelétrico do Baixo Sabor Geological and geotechnical characterization of the water intake cofferdam foundation for the future re-powering of Baixo Sabor upstream hydroelectric scheme F. Cerqueira 1*, J. Neves 1 Artigo Curto Short Article 2014 LNEG Laboratório Nacional de Geologia e Energia IP Resumo: Neste trabalho é apresentada uma síntese da informação geológico-geotécnica relevante e respetiva análise e interpretação, com o objetivo de caracterizar o terreno de fundação da ensecadeira do futuro reforço de potência do Aproveitamento hidroelétrico do Baixo Sabor. Foi realizada a cartografia geológico-geotécnica e a caracterização das descontinuidades do maciço rochoso no local previsto para a implantação da ensecadeira. A informação geológicogeotécnica foi complementada com a realização de sondagens mecânicas acompanhadas pela execução de ensaios de absorção de água do tipo Lugeon. A análise e interpretação conjunta destes elementos permitiram a execução de vários perfis interpretativos do local da ensecadeira que serviram de base ao projeto de escavações e contenções de taludes e de tratamento da fundação da ensecadeira. Palavras-chave: Baixo Sabor, Ensecadeira, Fundação, Reforço de potência. Abstract: In this paper is presented an overview of the relevant geological and geotechnical information and respective analysis and interpretation, aiming to characterize the cofferdam foundation site for the future Baixo Sabor hydroelectric re-powering scheme. The geological and geotechnical mapping and discontinuities characterization of the rock mass were made at the intended location for the cofferdam. The geological and geotechnical information was complemented with the execution of boreholes followed by Lugeon absorption water tests. The combined analysis and interpretation of these elements allowed the elaboration of geological sections of the cofferdam foundation and gave information for slope stability measures and cofferdam foundation treatment design. Keywords: Baixo Sabor, Cofferdam, Foundation, Re-powering scheme. 1 EDP Energias de Portugal, S.A. * Autor correspondente / Corresponding author: filipe.cerqueira@edp.pt 1. Introdução O Escalão de Montante do Aproveitamento Hidroelétrico do Baixo Sabor (AHBS), em construção, é constituído por uma barragem em abóbada em betão, com o coroamento à cota (236), altura máxima de 123 m acima da fundação e um desenvolvimento total de 505 m. A central em poço e os circuitos hidráulicos serão escavados no maciço rochoso da margem direita, estando previsto que a primeira venha a ser equipada com dois grupos reversíveis com potência unitária 76,5 MW / 85 MVA cada. De modo a minimizar o posterior impacto na exploração do AHBS e aproveitando a empreitada de construção presentemente em curso, a EDP decidiu antecipar algumas obras com vista à eventual construção de um reforço de potência do escalão de montante (EDP Produção, 2012), caso futuramente este se venha a revelar viável e necessário. As obras a realizar localizam-se na margem esquerda a cerca de 50 m para montante da barragem e incluem a escavação e execução de medidas de estabilização de taludes com altura máxima de 32 m, para atingir a cota (211) e, de seguida, escavar e preparar a fundação de uma ensecadeira com 20,5 m de altura que se prevê vir a ser construída com recurso à utilização de células estacas-prancha, a qual permitirá ensecar a zona das obras da nova tomada de água, evitando o esvaziamento parcial da albufeira e a consequente perda de produção. Os trabalhos de prospeção geológico-geotécnica realizados constaram da execução de cartografia geológico-geotécnica de pormenor dos taludes de escavação dos acessos existentes, caracterização das descontinuidades na área envolvente e execução de sondagens à rotação com recuperação de testemunhos acompanhadas de ensaios de absorção de água de tipo Lugeon para avaliação da permeabilidade da fundação da ensecadeira. 2. Enquadramento geral O escalão de montante do aproveitamento hidroelétrico do Baixo Sabor, onde se insere o local da ensecadeira da tomada de água, localiza-se no distrito de Bragança, concelho de Torre de Moncorvo. A morfologia da zona do escalão de montante é marcada pelo profundo entalhe do vale do rio Sabor nas rochas graníticas. Neste local, o vale do rio Sabor tem direção próxima de NE-SW, é encaixado, profundo,

2 1108 F. Cerqueira, J. Neves / Comunicações Geológicas (2014) 101, Especial III, ligeiramente assimétrico e apresenta encostas com inclinação de 20º a 40º. O fundo do vale encontra-se aproximadamente à cota (127) e os cumes das encostas situam-se na proximidade da cota (500), a partir da qual o terreno sobe suavemente. Atualmente, o local para a implantação da ensecadeira encontra-se modificado do ponto de vista geomorfológico, devido às obras de construção da barragem sendo que, na margem esquerda se podem observar as escavações e respetivas saias de aterro do acesso ao coroamento da barragem e de outros acessos de obra. De acordo com a folha 11-C, da carta Geológica de Portugal à escala 1: (Ferreira da Silva et al., 1989), o local da obra situa-se na mancha do granito de Zedes- Cabeça Boa-Especiarias, que intruiu e metamorfizou os metassedimentos do Super Grupo Dúrico-Beirão durante a orogenia Hercínica. Trata-se de um granito sintectónico de grão médio a grosseiro, de 2 micas, porfiroide, com orientação dos minerais da matriz. No que respeita às grandes estruturas geológicas devese salientar, a cerca de 6 km para Oeste do local da barragem, a zona de falha e graben da Vilariça que, nesta área apresenta uma direção NNE-SSW e introduz uma marcada descontinuidade na geologia e geomorfologia da região. Na proximidade do local da barragem, regista-se a ocorrência de falhas com direções NNE-SSW, NE-SW e ESE-WSW, por vezes preenchidas com filões de quartzo que podem apresentar extensão quilométrica, os quais se terão instalado nas fraturas existentes, em grande parte, durante as fases distensivas pós-hercínicas. 3. Caracterização geológico-geotécnica do maciço rochoso de fundação da ensecadeira Para a descrição geotécnica do estado de alteração e do grau de fracturação do maciço rochoso foi utilizada a classificação proposta pela ISRM (1981). As classificações geomecânicas RMR Rock Mass Rating (Bieniawski, 1989) e GSI - Geological Strength Index (Hoek & Marinos, 2000) foram aplicadas nos taludes dos acessos à obra, com vista à caraterização geotécnica do maciço rochoso. Nos taludes do acesso situado próximo da cota de fundação da ensecadeira (Fig. 1), o maciço rochoso apresenta-se, de modo geral, moderadamente alterado com fraturas moderadamente afastadas (W3/F3) por vezes moderadamente alterado a muito alterado e com fraturas moderadamente afastadas a próximas (W3 a W4/F3 a F4). Localmente, o maciço rochoso encontra-se muito alterado a decomposto (W4-5) na proximidade das falhas. A falha 24 é o mais importante acidente tectónico neste local e interseta parcialmente a fundação da ensecadeira, tendo condicionado a sua implantação. Orienta-se segundo a direção N10º-15ºE e apresenta inclinação média de 60ºESE. O seu preenchimento consiste num filão de quartzo com 12 a 26 m de espessura, a teto, por vezes interpenetrado e/ou com encraves de granito com alteração hidrotermal (cloritização da biotite) e uma zona de esmagamento com milonite argilosa e granito decomposto (caulinizado) com 4 a 6m de espessura, a muro. Nos taludes deste acesso e na proximidade do local da ensecadeira, o maciço rochoso apresenta um RMR básico de 49 a 62 e GSI de 40 a 60, respetivamente, atribuindo-lhe a classificação de Razoável a Bom. Nos trechos de talude intersectados pela falha 24 e onde se verificou maciço muito alterado a decomposto, o RMR básico varia entre 28 e 34 e o GSI, entre 25 e 33, respetivamente, correspondentes a maciço rochoso Fraco. A análise estatística através de projeções estereográficas de 263 descontinuidades (Fig. 2) levantadas no local da ensecadeira da margem esquerda permitiu verificar que o maciço rochoso é intersectado por 3 famílias principais, (J1: N7 o E; 84 o ESE; J2: N36 o E; 84 o SE; J3: N69 o E; 85 o SE) e por 2 famílias com menor percentagem relativa: J4: N35 o W; 80 o SW e J5: N14 o E; 50 o SE. Globalmente, as descontinuidades apresentam-se moderadamente afastadas a afastadas (F3 a F2), pouco a moderadamente alteradas (W2 a W3), extensas (3-10 m), fechadas ou muito pouco abertas, secas, ligeiramente rugosas e normalmente sem preenchimento. Verificou-se que os filões (pegmatito e quartzo) se instalaram preferencialmente em descontinuidades pertencentes à família J1 e, em menor grau, nas da família J5. Detetaram-se algumas falhas, geralmente com direção NNE-SSW e espessura de caixa inferior a 30 cm. Foram executadas 5 sondagens à rotação com o intuito de caracterizar o maciço rochoso de fundação da ensecadeira da margem esquerda. Abaixo dos 3 m de profundidade, aproximadamente, as sondagens intersectaram maciço rochoso moderadamente alterado a são (W3 a W1) com fraturas próximas a muito afastadas (F4 a F1), considerado adequado do ponto de vista geotécnico para a fundação da ensecadeira. A análise dos ensaios de absorção de água tipo Lugeon, permitiu concluir que, sob ponto de vista hidrogeológico, o maciço rochoso da margem esquerda é bastante heterogéneo e permeável, em grande parte devido à presença da falha 24, o que obrigou a prever a impermeabilização da fundação através da execução de injeções de caldas cimentícias.

3 Geologia/geotecnia da fundação da ensecadeira 1109 Fig. 1. Extrato simplificado da planta geológico-geotécnica do local da ensecadeira na margem esquerda. Fig. 1. Simplified extract of the geological and geotechnical map of the cofferdam site in the left bank. Fig. 2. Diagrama de isodensidades e planos médios das famílias de descontinuidades na margem esquerda. Fig. 2. Stereographic projection, contour plot and mean planes of left bank joint sets. 4. Interpretação dos resultados e zonamento geológicogeotécnico Uma vez que o local da ensecadeira se situa na proximidade e no mesmo maciço rochoso granítico da barragem de montante, considerou-se que os resultados da análise e zonamento geomecânico do maciço rochoso (Tabela 1) elaborado durante os estudos geológicogeotécnicos realizados no âmbito do Projeto do escalão de montante do AHBS (EDP Produção, 2007) eram extrapoláveis e aplicáveis às escavações a realizar, para os taludes e fundação desta ensecadeira. Assim, e tendo presentes os intervalos dos parâmetros W (estado de alteração), F (espaçamento da fracturação) e RQD (Rock Quality Design) preconizados na tabela 1, foram elaborados 3 perfis de zonamento geológico e geotécnico com base nos elementos de cartografia geológico-geotécnica de superfície e das 5 novas sondagens realizadas na campanha mais recente (Geocontrole, 2012), que interpretam e sintetizam essa informação. No perfil desenvolvido pelo eixo da tomada de água (Fig. 3), pode-se observar a acentuada influência da presença da falha 24 nas características geomecânicas e hidrogeológicas do maciço rochoso, a qual se traduziu no incremento da sua fraturação e permeabilidade. Observase, também, que as principais estruturas geológicas identificadas através da cartografia geológica e sondagens, inclinam para o interior do maciço rochoso geralmente com inclinações superiores a 50 o com a horizontal. No que respeita às unidades geológicas e geomecânicas presentes, é possível observar que, previsivelmente, a espessura dos aterros não deverá ser muito significativa pois esses materiais resultaram, essencialmente, das escavações dos acessos existentes. Quanto ao maciço rochoso, admite-se que a zona ZG3 venha a apresentar uma espessura relativamente reduzida, sendo a zona ZG2 aquela que, previsivelmente deverá assumir maior expressão na zona interessada por este perfil. A zona ZG1

4 1110 F. Cerqueira, J. Neves / Comunicações Geológicas (2014) 101, Especial III, desenvolve-se a maiores profundidades e não deverá ser atingida pelas escavações a efetuar, com a exceção provável do encontro direito (SW) da ensecadeira. A análise cinemática através de projeções estereográficas efetuada para os taludes de escavação, revela alguma possibilidade de ocorrência de fenómenos de instabilidade, nomeadamente, tombamentos, em menor grau, roturas em cunha; os deslizamentos planares associados a raras descontinuidades aleatórias, não sendo cinematicamente impossíveis, apresentam uma reduzida probabilidade de ocorrência. Tabela 1. Zonamento geomecânico do maciço rochoso (EDP Produção, 2007). Table 1. Rock mass geomechanical zoning (EDP Produção, 2007). Fig. 3. Perfil geológico-geotécnico interpretativo pelo eixo da tomada de água (EDP Produção, 2012). Fig. 3. Geological and geotechnical interpretative section by the axis of water intake (EDP Produção, 2012). 5. Considerações finais O local de implantação da fundação da ensecadeira da tomada de água do eventual reforço de potência do escalão de montante do AHBS situa-se na margem esquerda do rio Sabor e insere-se num afloramento de granito de grão médio a grosseiro, 2 micas e porfiróide (granito de Zedes-Cabeça Boa-Especiarias). Na proximidade deste local ocorrem algumas estruturas geológicas relevantes, sendo que uma delas (falha 24) intersecta parcialmente a fundação da ensecadeira e condicionou a implantação da mesma, durante a fase de projeto. A análise das projeções estereográficas das orientações das descontinuidades permitiu verificar que, neste local, o maciço rochoso é intersectado por 3 famílias principais, subverticais. A análise cinemática de estabilidade dos taludes de escavação para a fundação da ensecadeira revela alguma possibilidade de ocorrência de fenómenos de instabilidade, principalmente, tombamentos e em menor grau, roturas em cunha. Neste enquadramento e devido à elevada altura dos taludes de escavação (H máx =32 m) foi necessário projetar um conjunto de medidas de contenção e drenagem para garantir a estabilidade dos mesmos no longo prazo. Através da interpretação dos resultados da prospeção geológico-geotécnica realizada foi possível concluir que a ensecadeira da margem esquerda será fundada no maciço rochoso granítico de razoável qualidade (ZG2) e,

5 Geologia/geotecnia da fundação da ensecadeira 1111 parcialmente, no espesso filão de quartzo que aí aflora (falha 24), sendo este conjunto adequado do ponto de vista geomecânico para fundação da estrutura que se pretende construir mas apresenta, localmente, elevadas permeabilidades, o que obrigou a prever a realização de um tratamento de impermeabilização através da injeção de caldas cimentícias. Referências Bieniawski, Z.T., Engineering Rock Mass Classifications. John Wiley & Sons, New York, 251 p. EDP Produção, Aproveitamento Hidroeléctrico do Baixo Sabor. Empreitada Geral de Construção. Processo de Concurso. Volume III Elementos de projecto. B Escalão de Montante. Tomo B1 Estudos Geológicos e Geotécnicos. Relatório não publicado. Porto. EDP Produção, Aproveitamento Hidroeléctrico do Baixo Sabor. Obras preliminares do reforço de potência. Volume I Elementos de projecto. Relatório não publicado, Porto. Ferreira da Silva, A., Almeida Ribeiro, J., Ribeiro, M.L., Carta Geológica de Portugal na escala 1: Notícia Explicativa da folha 11-C Torre de Moncorvo. Serviços Geológicos de Portugal, Lisboa. Geocontrole, Aproveitamento Hidroeléctrico do Baixo Sabor Escalão de Montante Prospecção Geológico-Geotécnica. Proc , ACE do AHBS (Odebrecht - Lena Construções). Relatório não publicado, Lisboa. Hoek, E., Marinos, P., GSI A geologically friendly tool for rock mass strength estimation. Proceedings GeoEng2000 Conference, Melbourne, ISRM International Society for Rock Mechanics, Basic geotechnical description of rock masses (BGD). International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences Abstract, 18,