Desempenho da Calha Rochosa Não-Revestida do Vertedouro da Usina Hidrelétrica Governador Ney Braga (Segredo) após 14 anos de Operação

Transcrição

1 Desempenho da Calha Rochosa Não-Revestida do Vertedouro da Usina Hidrelétrica Governador Ney Braga (Segredo) após 14 anos de Operação Roberto Werneck Seara; Benedito de Souza Neto; Fabiano Rossini COPEL Cia Paranaense de Energia, Curitiba, Brasil Paulo Levis Intertechne Consultores Associados, Curitiba, Brasil RESUMO: A Usina Hidrelétrica Governador Ney Braga (Segredo), é a segunda usina da COPEL em potência instalada (possui capacidade de MW) e opera no rio Iguaçu, estando localizada no município de Reserva do Iguaçu, distante cerca de 350 km de Curitiba, estado do Paraná. O trabalho apresentará dados cadastrais tanto de geologia como de topografia relativos ao comportamento da calha do vertedouro em sua porção não-revestida com concreto, 14 anos após o início da operação da usina, e 12 anos após o primeiro levantamento e os benefícios econômicos alcançados por esta concepção que serviu de exemplo para outros empreendimentos do Brasil. PALAVRAS-CHAVE: Calha, Vertedouro, Usina, Vazões, Desempenho. 1 INTRODUÇÃO A Usina Hidrelétrica Governador Ney Braga (Usina Segredo) está localizada no trecho médio do rio Iguaçu, a cerca de 2 km a montante da foz do rio Jordão, na região sul/sudoeste do Estado do Paraná, no município de Reserva do Iguaçu. Dista aproximadamente 350 km da capital Curitiba, estando localizada nas coordenadas sul e oeste. 2 O EMPREENDIMENTO O empreendimento da UHE Governador Ney Braga compreende, entre outras, as seguintes obras principais: barragem de enrocamento compactado com impermeabilização a montante por meio de uma laje de concreto com 145 m de altura máxima; tomada d água com 37,5 m de altura; quatro condutos forçados circulares, cada um com comprimento aproximado de 168 m, e diâmetro interno de 7,5 m; uma casa de força, do tipo semi-abrigada, contendo 4 unidades geradoras de 315 MW cada. O vertedouro possui estrutura de concreto com 110 m de largura e calha de 400 m de comprimento, dimensionado para dar vazão a m 3 /s (cheia decamilenar de projeto). A calha de descarga, cuja largura é de 104 m, e 94 m de comprimento. (Krempel et al. 1994). 3 GEOLOGIA REGIONAL A geologia regional da área do empreendimento UHE Governador Ney Braga é representada por derrames de basaltos da Formação Serra Geral do Período Juro- Cretáceo (± 140 Ma) e que estão inseridos na Bacia Sedimentar do Paraná (Paleozóica). Os derrames de basaltos são horizontalizados com um pequeno mergulho para noroeste e condicionam toda a topografia da área, com elevações em torno de 650 m. No local estudado da UHE Governador Ney Braga, os derrames de basalto possuem espessura comprovada em testemunhos de sondagem de até 55 metros e são facilmente identificados por sua estratificação vertical típica: uma zona amigdalóide-vesicular de

2 topo do derrame, uma zona tabular (basalto diaclasado na horizontal), uma zona colunar (basalto diaclasado na vertical) e finalmente uma zona vítrea na base; como separação entre os derrames ocorre uma zona de brecha vulcânica. Os derrames, em sua maior parte, são constituídos por rocha sã, com o predomínio do basalto denso pouco alterado, pouco fraturado e de elevada resistência, o que propiciou excelentes condições de suporte para as fundações das estruturas civis. Foram identificados até 7 (sete) derrames basálticos, sendo que os de maior significação para as obras foram apenas quatro e denominados de H, G/F e E (COPEL Relatório de Engenharia, 1981). 4 GEOLOGIA LOCAL e TOPOGRAFIA A geologia local, na calha do vertedouro, é representada por um derrame basáltico maciço com espessuras entre 70 a 80 m. Estes basaltos são recobertos por brecha vulcânica com espessuras variadas de 7 a 20 m. Ocorre também uma pequena falha que corta o vertedouro no sentido diagonal, próximo a parede esquerda. Essa falha tem mergulho sub-vertical, se apresenta como uma zona cisalhada de 1 a 2 m de largura com fraturas alteradas e preenchidas com material terroso, originando blocos angulosos e facetados. A crista do vertedouro tem como fundação o basalto maciço do derrame E, com uma espessura de aproximadamente 7 metros dessa rocha, acima do contato de derrame subjacente. Na porção de jusante, a estrutura está apoiada no topo da brecha basáltica do derrame G/F. Para a solução proposta, de laje curta, sem defletor, pensou-se inicialmente em cobrir toda ou a maior parte da camada de brecha basáltica do derrame G/F, descarregando a água sobre o basalto maciço subjacente. As condições geológicas mostraram-se bastante adequadas nessa área, sendo a rocha resistente, moderadamente fraturada e com fraturas bem ressoldadas. Dessa forma, a calha do vertedouro foi toda construída sobre basaltos densos com afloramentos localizados de brecha, a exceção de seu trecho de descarga inicial, revestido com concreto nos primeiros 125 metros. 5 DESEMPENHO DO VERTEDOURO A calha do vertedouro da UHE Governador Ney Braga, desde o início de sua operação em meados de julho de 1992, demonstrou ao longo dos anos comportamento excelente, ou seja, não ocorreram desgastes erosivos significativos da rocha, mesmo quando submetido a vazões extremas. A tabela 1 a seguir apresenta uma tabela dos valores das vazões médias vertidas entre os anos de 1993 a 2005, medidas a partir do mês de março de Tabela 1. Tabela de vazões médias Ano Qta (m³/s) Tdv FV(%) Qmd (m³/s) , Obs.: Qta = vazão vertida total no ano, Tdv = total de dias com vazão no ano, FV = freqüência de vertimento/ano, Qmd = vazão média diária vertida. A figura 1 abaixo mostra o gráfico com as vazões médias vertidas no período de 1993 a Frequência Anual (%) Figura 1. Vazões vertidas médias diárias Ano

3 Vazões médias (m³/s) Ano Figura 2. Percentual de Vertimento/ano. A figura 2 acima, mostra o gráfico percentual de freqüência de vertimento ao longo do tempo. As escavações e análise geológicageotécnica do material exposto, constatou a boa qualidade da rocha, optando-se então pelo encurtamento da laje em relação ao projeto original e proteção apenas em áreas localizadas, formadas por brecha. Dessa forma, para a proteção da rocha na região da falha geológica, que intercepta diagonalmente o trecho não revestido, foi projetada uma capa de concreto armado ancorada na rocha sã. A escavação foi projetada para ter profundidade aproximada de 1 m, sendo as paredes laterais inclinadas à 45. Além desse tratamento no piso, também foram realizadas aplicações de concreto projetado e convencional nas paredes, principalmente no local onde a falha existente cruza a parede da esquerda hidráulica. No primeiro fechamento das comportas, após o vertimento de vazões de até m³/s, com concentração de fluxo junto à parede da esquerda hidráulica, foi realizada a primeira inspeção na calha, quando foi então constatado o ótimo desempenho de toda superfície constatando-se apenas desgastes superficiais e pequenas remoções de material abalado pelos desmontes a fogo. A figuras 3 a seguir mostra a situação geral da superfície da calha rochosa. Figura 3. Foto com vista geral da calha do vertedouro. Observar o trecho inicial revestido e o restante (primeiro plano) sem revestimento. Também aparece o tratamento com concreto na falha geológica (ver seta). Após dois (2) anos do início de operação do vertedouro em 1994, foram executadas algumas seções topográficas ao longo da calha. O mesmo levantamento foi repetido em meados de 2005 objetivando a avaliação do desgaste da superfície rochosa ao longo deste período ver figuras 4 e 5 na seqüência (mapa e seções topográficas), através de um levantamento plani-altimétrico cadastral de campo, que propiciou a modelagem do terreno. A análise conjunta dos dados de vazão média e das seções geradas demonstrou que a decisão de não revestir a calha do vertedouro no trecho de rocha basáltica foi muito acertada. Observa-se que apenas em alguns locais pontuais, ocorreu algum grau erosivo, mesmo com elevadas vazões médias vertidas. Estes locais são aqueles onde ocorre a brecha basáltica, pois trata-se de uma material de maior alterabilidade e portanto é mais suscetível a erosão por arrancamento de partículas com a passagem da água, o que já era esperado. O mesmo pode ser observado ao longo de algumas fraturas abertas e/ou na falha, pois nestas a percolação de água é mais intensificada. Assim, o comparativo das seções no intervalo de 12 anos entre o primeiro levantamento e o atual, mostrou que os maiores desgastes observados foram ao longo dos lineamentos e fraturas, com casos evidenciados nas seções 03, 04, 05, 06 e 07. Nas demais a rocha praticamente se manteve inalterada.

4

5

6

7 6 CONCLUSÕES Este trabalho pretendeu mostrar que a calha rochosa não-revestida do vertedouro da UHE Governador Ney Braga, passados 14 anos após sua construção, está em excelentes condições de operacionalidade. Observa-se que os pequenos estágios erosivos que ocorrem ao longo das fraturas e da falha, bem como nos locais de brecha basáltica, são passíveis de tratamento com concreto a custos muito baixos e não ameaçam absolutamente seu desempenho. Assim, se enfatiza que é possível a construção de vertedouro sem revestimento total em concreto de sua calha, desde que a rocha de fundação apresente condições geológico-geotécnicas favoráveis como foi o caso em estudo. Com isso, reduz-se em muito os custos finais da obra como um todo. Krempel, A.F. (1994). Sistema Construtivo da Calha do Vertedouro Usina Hidrelétrica Segredo, Publicação Técnica (Copel), Departamento de Construção Segredo, 9 p. Krempel, A.F. (1991). Aspectos Construtivos da Calha - Usina Hidrelétrica Segredo, Relatório - Publicação Técnica (Copel), Departamento de Construção Segredo, 13 p. Marques Filho, P.L.; Ávila, C. e Levis, P. (1994). Segredo Dam Spilway, a 300 m Long Unlined Chute. International Congress of Large Dams, 18, Durban, South Africa. AGRADECIMENTOS Os autores deste trabalho gostariam de agradecer a COPEL pela liberação das informações constantes nos diversos relatórios técnicos da empresa e ao profissional Engenheiro Celso Chinelli Crevilaro, da área de manutenção civil, por possibilitar o acesso à região do vertedouro. Agradecemos também ao Técnico Luiz Sérgio Fernandes Gonzaga, responsável pelo processamento gráfico e geração das seções que serviram de base para as análises do presente trabalho. REFERÊNCIAS Copel (1981). Usina Hidrelétrica Segredo, Relatório de Engenharia, Milder Kaiser Engenharia, Vol. 1, Capítulos I a V. Copel (1981). Usina Hidrelétrica Segredo, Relatório de Engenharia, Milder Kaiser Engenharia, Vol. 3, Apêndice 1. Copel (1981). Usina Hidrelétrica Segredo, Relatório de Engenharia, Milder Kaiser Engenharia, Vol. 3, Apêndice 1. Krempel, A.F.; Crevilaro, C.C.; Silva, P.F.C.M. e Levis, P. (1994). Vertedouro - Desempenho de Superfície Não-Revestida, Publicação Técnica (Copel), Departamento de Construção Segredo, 10 p.