XXIII Seminário Nacional de Grandes Barragens - Belo Horizonte, 1999, Pág. 185 a 191 UM NOVO SISTEMA DE EXTRAVASÃO PARA A BARRAGEM DA LAGOA GRANDE Jorge Felippe da Silva Filho e Élcio Aloísio Barbosa RESUMO Após operar durante quase 70 anos com um sistema manual para o controle de cheias, a barragem da Lagoa Grande recebeu um novo sistema de extravasão. Este trabalho descreve o novo sistema de vertimento e adução que consiste, basicamente, em um vertedor tipo tulipa acoplado a um túnel escavado na rocha de fundação da barragem, sendo esta constituída por um aterro homogêneo construído nos anos trintas. São discutidas as dificuldades encontradas na construção do sistema, especialmente tendo em vista que todas as obras foram realizadas com o reservatório cheio e em operação normal. 1- INTRODUÇÃO A barragem da Lagoa Grande faz parte do sistema de geração do Rio do Peixe, da Mineração Morro Velho (MMV) (1)(*), conforme indicado na Figura 1, e fica situada na região metropolitana de Belo Horizonte, MG. A barragem foi construída nos anos trintas e embora não possua geradores, a Lagoa Grande é importante pelo fato de que seu reservatório funciona como o pulmão do sistema Rio do Peixe, estando situado nas cotas mais elevadas do sistema. 2 - DESCRIÇÃO DO SISTEMA MANUAL DE CONTROLE DE CHEIAS A barragem de Lagoa Grande é constituída por um maciço de terra em forma de arco, com crista na elevação 1.316,00, que barra o Córrego da Lagoa (ou dos Pinheiros). O reservatório é alimentado exclusivamente pelo escoamento superficial provocado pelas precipitações pluviométricas, uma vez que não há escoamento de base que garanta sua recarga. (*) Os números entre parênteses indicam publicação constante nas Referências Bibliográficas
Uma série de canais foram escavados para permitir a captação de parte da água precipitada na bacia da barragem das Codornas, de modo a aumentar o fluxo para o reservatório. Assim, a bacia hidrográfica de interesse possui uma área total de 18,8 km 2. A barragem não possuía nenhuma estrutura ou equipamento hidráulico para vertimento de cheias, mas havia um vertedor de emergência construído em um braço à montante do reservatório, constituído por um pequeno dique de concreto implantado em uma cela topográfica, na elevação 1.313,00. O vertedor de emergência está indicado, em planta, na Figura 2. Para manter o nível d água na elevação 1.314,00 utilizavam-se "stop-logs" de madeira encaixados nos suportes instalados na crista do dique. Na época das cheias, os stop-logs eram retirados, de acordo com a elevação do nível no reservatório e o fluxo era direcionado para a bacia da barragem do Miguelão, através de bueiro tubular duplo de 1.000 mm que passava sob a rodovia que liga Belo Horizonte a Ouro Preto, conforme indicado na Figura 2. Simultaneamente, os canais artificiais de captação e transferência de água pluvial da bacia de Codornas para o reservatório de Lagoa Grande, eram fechados para diminuir o afluxo ao reservatório. Nestes casos, além da limitação operacional (manual) no processo de fechamento dos canais e retirada dos stop-logs, havia a possibilidade de inundação da rodovia sempre que o fluxo fosse superior a 8 m 3 /s, que era a capacidade de extravasão do bueiro. A barragem da Lagoa Grande possuía ainda um sistema de adução, constituído por três tubos de Ø 500 mm cada um, interligados à torre de tomada d'água localizada no reservatório. Os tubos, de ferro fundido, atravessavam o corpo do aterro, conforme indicado na Figura 3. A a- dução era acionada manualmente, geralmente para a alimentação das barragens a jusante. Por ocasião das cheias, o sistema de adução era acionado para, em conjunto com o vertedor de e- mergência, evitar o galgamento da barragem. O sistema de adução, com quase 70 anos de atuação, já não operava de maneira adequada, a- presentando vazamentos que, eventualmente, poderiam comprometer a estabilidade do aterro. Pelas razões expostas, agravadas pela rápida urbanização das áreas próximas ao reservatório que tem ocorrido nos últimos anos, a MMV decidiu pela implantação de um sistema adequado de controle de cheias e de adução. 3 - DESCRIÇÃO DO MACIÇO DA BARRAGEM A barragem de Lagoa Grande é constituída por um maciço de terra, com crista na elevação 1.316,00. A barragem está localizada em um vale estreito e íngreme e foi construída em forma de arco, com o centro localizado a jusante do eixo do aterro, conforme indicado na Figura 3. De acordo com as informações disponíveis, a barragem foi construída nos anos trintas, sendo constituída por um aterro homogêneo de materiais argilo-siltosos, contendo dois muros delgados de concreto em seu interior, o maior deles localizado nas imediações de seu eixo e o menor localizado próximo ao pé de jusante. A Figura 4 mostra uma seção típica da barragem.
Foram realizadas sondagens, retiradas de amostras indeformadas para ensaios especiais de laboratório e instalação de MNA's no corpo da barragem para verificar suas condições de estabilidade, já que não havia informações a este respeito nos arquivos da MMV. Os estudos de estabilidade realizados (2), indicaram que a barragem possuía coeficientes de segurança adequados à ruptura por cisalhamento. 4 - SISTEMAS DE ESTRAVAZÃO ESTUDADOS 4.1 - INTRODUÇÃO Os estudos iniciais descartaram qualquer possibilidade econômica da construção de extravasor vertendo para a barragem do Miguelão já que as interferências com a rodovia teriam custo muito elevado. Desta forma os estudos foram concentrados na região próxima ao aterro da barragem, onde o vertimento seria dirigido para a barragem das Codornas. 4.2 - SISTEMAS DE EXTRAVASÃO ESTUDADOS Foram estudadas as seguintes hipóteses de sistemas de extravasão: - vertedor livre construído na crista da barragem; - vertedor tipo tulipa. 4.2.1 - Vertedor de Superfície Foram verificados, através de estudos de amortecimento de cheias (3), os níveis e descargas e- fluentes máximos para várias larguras de crista de vertedor de superfície, considerando o nível operacional na elevação 1.314,00 e soleira reta. Os estudos permitiram concluir que a soleira vertedora deveria ter uma largura de 7,00 metros para uma cheia de 1.000 anos de recorrência, que foi a cheia adotada para o projeto tendo ainda sido adotada a cheia decamilenar como referência para verificação da segurança ao transbordamento. Com base ainda nos estudos mencionados, no lugar do vertedor com "stop-logs" de madeira, foi proposta a construção de um dique de terra com crista na elevação 1315,00 (1,00 metro portanto abaixo da crista do aterro principal) que, na eventualidade da cheia decamilenar, deveria funcionar como vertedor de emergência, evitando o galgamento da barragem. Os estudos de vertedores com largura de soleira menores que 7,00 metros mostraram um N.A. mais próximo da crista, indicando que a elevação da soleira deveria ser inferior à cota 1.314,00, o que significa perda de volume útil e, conseqüentemente, perda de energia no sistema. O vertedor, por razões hidráulicas, deveria localizar-se na crista do aterro. A tomada d'água, por sua vez, deveria ser constituída por um poço ou por uma estrutura em sifão, localizados no
corpo do aterro. O custo destas estruturas mostrou-se bastante elevado, além de exigir a construção de uma ensecadeira ou o esvaziamento, ainda que parcial, do reservatório. Nenhuma das hipóteses foi aceita pela MMV, devido às interferências com o sistema de geração. 4.2.2 - Vertedor Tipo Tulipa Para viabilizar o empreendimento, buscou-se uma solução onde as duas estruturas, de vertimento e de adução, pudessem ser combinadas em uma única estrutura, de custo reduzido e que pudesse ser construída sem interferir no sistema de geração. A solução para o problema foi a construção de uma tulipa acoplada a um túnel escavado nas fundações da barragem, conforme indicado na Figura 5. Também neste caso deveria ser construído um dique de terra no local ocupado pelo dique de concreto, com crista na elevação 1315,00 e que, na eventualidade da cheia decamilenar, deverá funcionar como vertedor de emergência, evitando o galgamento do aterro. 4.2.3 Tomada D água Conforme mencionado, a tomada d'água seria constituída por uma comporta implantada na lateral da tulipa, e acionada a partir do topo da mesma, conforme indicado na Figura 6. Por razões hidráulicas, a base da comporta deveria situar-se 12.0m abaixo da crista da tulipa, ou seja, a mais de 10.0m abaixo do topo do terreno. Assim, foi necessário que se escavasse um canal de aproximação que permitisse a adução de água mesmo para níveis do reservatório bem abaixo daquele de operação normal. Esta canal está indicado de forma esquemática na Figura 3 e na Figura 6. 5 - DIFICULDADES CONSTRUTIVAS O projeto apresentava as seguintes dificuldades construtivas: - construção de parte do poço ( shaft ) da tulipa em solo saturado, com eventuais problemas de contenção e/ou de drenagem; - construção do canal de adução, abaixo do nível do reservatório; - construção do túnel nas fundações da barragem. Embora a rocha de fundação fosse de boa qualidade, não tendo sido previsto nenhum tipo de tratamento ou contenção para o túnel, as especificações do projeto eram bastante restritivas, especialmente com relação ao seu método construtivo (2), para evitar danos ao aterro. Foi especificado um sistema de contenção para as escavações do poço e do canal de adução, na
forma de cravação, através de bate-estacas, de trilhos usados. A MMV possuía em estoque uma grande quantidade de trilhos remanescentes de estradas de ferro das minas que haviam sido desativadas. À medida que as escavações progredissem, estroncas de trilhos seriam soldadas às estacas de forma a garantir a segurança das escavações provisórias no caso do poço da tulipa e das escavações permanentes no caso do canal de adução. O canal de adução deveria ser escavado, na sua fase inicial, com o auxílio de drag-line. Entretanto, nas fases seguintes das escavações, que deveriam ocorrer à medida que o reservatório tivesse seu nível rebaixado, deveria ser utilizada apenas escavação manual. A obra foi licitada e após a visita de praxe ao local das obras, as empreiteiras convidadas declinaram do convite por acharem a obra muito difícil ou arriscada. Nestas condições, a MMV decidiu-se por construir as obras internamente, usando seu próprio corpo técnico. A MMV, entretanto, atendendo recomendação da projetista, contratou consultoria externa para orientar as atividades de abertura do túnel, especialmente aquelas ligadas ao controle das vibrações. Todas as obras, inclusive a escavação do túnel, transcorreram sem maiores problemas. A construção do canal de adução, abaixo do nível do reservatório, continua sendo realizada por etapas conforme especificado no projeto, avançando sempre que o reservatório for rebaixado para a- tender às operações normais de adução. 6 - CONCLUSÕES A solução apresentada para a construção do novo sistema de controle de cheias e de adução da barragem da Lagoa Grande, foi a mais viável economicamente e atendeu a todas as necessidades da operação. A redução dos custos trouxe, em contrapartida, uma maior dificuldade de implantação. Os sistemas de controle de cheias e de adução propostos foram construídos e estão operando, de forma satisfatória, há mais de dois anos. 7 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1 - A. R. Zeller - "Sistema Hidrelétrico do Rio do Peixe - Conversão de 50H para 60H", Primeiro Simpósio Brasileiro Sobre Pequenas e Médias Centrais Hidrelétricas, CBGB, Poços de Caldas, MG, 1998. 2 - J. F. da Silva, L. A. Minicucci - " O Túnel de Descarga da Barragem da Lagoa Grande", - XXIII Seminário Nacional de Grandes Barragens - Belo Horizonte - março/1999. 3 - Consórcio Mineiro de Engenheiros Consultores Ltda.- "Barragem da Lagoa Grande - Relatório de Hidrologia e Hidráulica" - Agosto/1994. (Não Publicado).
Barragem da Lagoa Grande Barragem das Codornas Córrego da Lagoa Barragem do Miguelão Barragem Capitão do Mato Ribeirão Capitão do Mato UHE Codornas Ribeirão dos Marinhos UHE B UHE G Rio do Peixe UHE D UHE F UHE E UHE EE Rio das Velhas Figura 1 : Sistema Hidrelétrico do Rio do Peixe