Sistema de drenagem interna em barragem de terra com a utilização de geocomposto. Internal drainage system into earth dam with the use of geocomposite. Nome dos autores: Petrucio dos Santos Itamar Bezerra Camila Beme Instituição: Maccaferri do Brasil LTDA Endereço: Avenida José Benassi, 2601 Bairro Distrito Industrial FAZGRAN, CEP 13201-970 Caixa Postal 520 Jundiaí/SP. Fone: (11) 4525-5000 E-mail tecpro@maccaferri.com.br; maccaferri@maccaferri.com.br; Local da obra: Município de Aporé e Chapadão do Céu/GO - Brasil Duração: Janeiro de 2011 Março de 2012 (455 dias). Resumo Este documento tem o objetivo de mostrar a aplicação do sistema de drenagem interna com a utilização de geocomposto, na barragem de terra construída para a implantação da PCH Rio da Prata, no município de Aporé e Chapadão do céu, Goiás. A fim de otimizar custos da obra, foi desenvolvido um geocomposto drenante, com o objetivo de substituir os agregados naturais (escassos no local), geralmente utilizados para o sistema de drenagem em questão. Foi adotado o MacDrain R7, que consiste num geocomposto drenante com núcleo rígido, que tem função de auxiliar na estabilidade hidráulica da barragem de terra, aliviando subpressões, evitando carreamento de materiais e assim erosões internas, e etc. Abstract This document aims to show the application of the internal drainage system with the use of geocomposite, in the earth dam built for the implantation of PCH Rio de la Plata, in the cities of Aporé and Chapadão do Céu, Goiás In order to optimize the costs of the construction, we have developed a geocomposite, with the objective of replacing natural aggregates (scarce on site), usually used for the drainage system in question. It was used MacDrain R7, which consists of a geocomposite with a rigid core, which has the function of assisting the hydraulic stability of the earth dam, to relieve sub pressures, avoiding entrainment of materials and thus internal erosion, etc. Página 1
2 1. INTRODUÇÃO O Brasil é o maior consumidor de energia da América do Sul e o 10º consumidor do mundo. Suprir esta demanda de energia não é fácil, por isso o país aproveita dos inúmeros rios com grandes desníveis como solução mais eficaz e econômica para produzir energia. As Usinas Hidrelétricas são responsáveis por mais de 80% da produção de energia no país. Em virtude deste cenário, pode-se destacar a importância da construção de barragens para propiciar a geração de energia, como também de outras produções de relevância sociais e econômicas. O Grupo Rialma S.A., proprietário e responsável pela construção da PCH (Pequena Central Hidrelétrica) Rio da Prata, durante a construção do sistema de drenagem interna de sua barragem buscava materiais que fossem eficazes tecnicamente e viáveis economicamente. Para isto pesquisaram materiais que pudessem diminuir os custos com agregados naturais e transporte. Diante destas premissas, foi desenvolvida uma solução com performance e custo dentro da necessidade e expectativa da obra. Esta parceria entre fornecedor e projetista levou a criação de um geocomposto drenante com núcleo rígido capaz de substituir um sistema de drenagem composto de areia e brita, e também capaz de suportar uma pressão de 255 kpa e um gradiente de 0,01 l/s, valores estes estimados em projeto. A vazão de projeto estimada era de 0.02 l/s/m. 2. DESCRIÇÃO O sistema de drenagem interna possui um papel essencial na estabilidade das barragens de terra, pois tem função de aliviar a subpressão, disciplinar o fluxo que é percolado pela estrutura da barragem a um destino seguro, além de evitar o carreamento de materiais finos que podem ocasionar problemas de erosão interna. As barragens executadas em solo compactado possuem em seu interior um filtro drenante vertical, e na sua fundação um tapete drenante horizontal. Geralmente são feitos de areia e brita. O principal motivador para análise de uma solução inovadora, em substituição ao sistema de drenagem convencional foi o fator custo, pois devido à localização da barragem, não havia no local, materiais aptos a suprir a necessidade de drenagem que havia sido estipulada. Como os geossintéticos podem ser fabricados visando atender a um determinado conjunto de especificações e tendo facilidade de transporte significativa para os canteiros de obra, resolveuse explorar este segmento. Dessa forma, iniciou-se um processo de avaliação da solução e de posse dos dados dos projetistas, por intermédio de ensaios de laboratório chegou-se a conclusão da utilização de um geocomposto drenante, (Figura 1), conforme detalhado abaixo: Pagina 2
3 Figura 1 Geocomposto drenante com núcleo rígido Especificamente para a obra em questão, foram realizados ensaios de transmissividade com pressões de 255 kpa e gradiente de 0,01; exatamente como as necessidades da obra. Da mesma maneira como indicado nas normas vigentes, foram ensaiados 3 corpos de prova em cada direção, sendo realizadas pelo menos 5 leituras para cada corpo. Foi avaliado o geocomposto drenante com núcleo de 7 mm de espessura em georrede, termofixada a dois geotêxteis não tecidos de poliéster, com aproximadamente 100 g/m² cada um, conforme especificação. Os resultados encontrados seguem ilustrados na tabelas 1 e 2: Produto: MacDrain 2R7 20.2 LONGITUDINAL Tensão - 255 kpa Temp.(ºC) - 21 C Gradiente 0,01 uni Vol (l) Tempo (s) Vazão (l/s)/30cm Vazão (l/s)/m Amostra 1 0,5 52,3 0,0096 0,032 Amostra 2 0,5 51,7 0,0097 0,032 Amostra 3 0,5 52,3 0,0096 0,032 Tabela 1 Resultados de ensaio Produto: MacDrain 2R7 20.2 TRANSVERSAL Tensão - 255 kpa Temp.(ºC) - 21 C Gradiente 0,01 uni Vol (l) Tempo (s) Vazão (l/s)/30cm Vazão (l/s)/m Amostra 1 0,5 48,33 0,0103 0,034 Amostra 2 0,5 47,00 0,0106 0,035 Amostra 3 0,5 46,67 0,0107 0,036 Tabela 2 Resultados de ensaio O menor dos valores das médias encontradas, 0,032 (l/s)/m, supera o valor de vazão da barragem que era de 0.02 (l/s)/m, já considerados os fatores de redução, de maneira que o Fator Pagina 3
4 de Segurança (FS) global para este caso pode ser encontrado através da divisão da vazão do geocomposto pela vazão de projeto: FS = 0,032 / 0,02 = 1,6 Dessa maneira, ficou evidenciado que o geocomposto era aplicável às condições impostas neste projeto, atendendo à vazão necessária para o correto funcionamento da estrutura em questão. No total foram utilizados quase 12.000 m² de geocomposto drenante. 3. METODOLOGIA DE EXECUÇÃO Para iniciar a instalação, a superfície em contato com geocomposto drenante foi livrada de objetos perfurantes, irregularidades e afins, visando minimizar os danos provocados à solução, durante o processo de instalação. Foi realizada a regularização do terreno, juntamente com a aplicação da declividade necessária em função do gradiente hidráulico definido em projeto (Figura 2). Figura 2 Esquema da barragem e detalhe do posicionamento do dreno. Por não possuir sentido preferencial para a realização da drenagem, o geocomposto drenante possui a mesma capacidade de vazão nos sentidos longitudinal e transversal, o que possibilitou a otimização da instalação, sendo evitada assim a perda de material com sobras ou emendas desnecessárias. A aplicação do material foi realizada apenas com o desenrolar do material sobre a área a ser drenada, coincidindo a maior dimensão do rolo com a maior dimensão da área onde este foi aplicado. A continuidade do processo de drenagem foi garantida na ligação entre os rolos, através do simples contato entre os núcleos, que para impedir a entrada de partículas sólidas no sistema, foram protegidos pela sobreposição do geotêxtil sobressalente na lateral do rolo. Abaixo estão ilustradas as etapas da execução da obra. (Figuras 3, 4, 5, 6 e 7) Pagina 4
5 Figura 3 Início da obra. Figura 4 Início da obra. Pagina 5
6 Figura 5 Aplicação do geocomposto drenante. Figura 6 Barragem concluída Pagina 6
7 Figura 7 Imagem Aérea da Barragem no Rio da Prata. 4. CONCLUSÃO A utilização do geocomposto drenante rígido proporcionou ganhos significativos nos processos da obra, como na qualidade, produção, tempo e custo. Em relação ao custo, para este caso, em função das dificuldades relatadas inicialmente, chegouse a 75% de redução no item drenagem, quando comparada a solução convencional. O fato de utilizar o geossintético em substituição a um sistema convencional permitiu a obra um número menor de mão-de-obra e maquinários na construção do núcleo drenante da barragem. Isto fez com que o cronograma da obra pudesse ser alinhado à produção em campo e que a obra fosse fiel ao projeto e aos cálculos previstos para drenagem. Outro fato de relevância, se não o maior, foi à contribuição para preservação do meio ambiente. O fato do geossintético ter substituído a utilização de materiais granulares naturais, fez com que uma imensa área de jazida em areia não fosse utilizada para exploração, evitou-se assim um grande número de viagens de veículos para transportar estes agregados naturais, diminuindo assim a emissão de gás CO 2 na atmosfera, ações capazes de reduzir significativamente o custo da obra e contribuir para preservar os recursos naturais próximos a PCH Rio da Prata. 5. REFERÊNCIAS ABINT 2204 (MBG-ABINT,2204; Capítulo 7; Tabela 7.1) Bachus, R., Narejo, D., Thiel, R. and Soong, T. 2004. The GSE Drainage Design Manual. GSE Lining Technologies, Houston. ICOLD (1986), Geotextiles as Filters and Transitions in Fill Dams, Bulletin 55, Prepared by Poskitt, F.F., Carlyle, W.J., Earp, D.N.W., Sadgrove, B.M., Vaughn, P.R., and Tyler, N. Committee on Material for Fill Dams, on behalf of BNCOLD. Pagina 7