COMPILAÇÃO DE DADOS DE VAZÕES DE DRENAGEM EM DIVERSAS FUNDAÇÕES DE ESTRUTURAS DE CONCRETO DE...

COMIT BRASILEIRO DE BARRAGENS XXX SEMINRIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS FOZ DO IGUAU PR, 12 A 14 DE MAIO DE 2015

XXX Seminrio Nacional de Grandes Barragens 1

COMPILAO DE DADOS DE VAZES DE DRENAGEM EM DIVERSAS FUNDAES DE ESTRUTURAS DE CONCRETO DE UHES

Mrcia Collares MEIRELLES

Engenheira Civil, M.Sc., PMP, Leme Engenharia Tractebel Engineering

Cesar Schmidt GODOI Engenheiro Civil, M.Sc., Leme Engenharia Tractebel Engineering

Juliana Francisca CORRA

Engenheira Civil, M.Sc., Leme Engenharia Tractebel Engineering

Karina Guimares LOPES Engenheira Civil, Leme Engenharia Tractebel Engineering

RESUMO Este artigo tem por objetivo apresentar uma compilao de dados de vazes de percolao que ocorrem atravs da fundao em estruturas de concreto de Usinas Hidreltricas com diferentes tipos de fundao. Estas informaes servem como base de referncia para novos projetos, auxiliando na estimativa de futuras medidas de vazo, permitindo o dimensionamento adequado de poos de bombeamento. Os resultados compilados indicaram valores de vazo especfica de at 16 l/min/m para fundaes com alta permeabilidade (arenito). Os valores usualmente utilizados em projeto entre 1,0 l/min/m e 2,0 l/min/m so coerentes com os valores obtidos na prtica.

ABSTRACT This article presents a compilation of seepage flow data that occurs through concrete structures foundation of hydropower plants with different types of foundation. This information gives a reference base for new projects, helping to estimate future flow measures, allowing a suitable design of pumping wells. The compiled results show specific flow rates up to 16 l/min/m for high permeability foundations (sandstone). The values commonly used in design between 1,0 l/min/m and 2,0 l/min/m are consistent with the values obtained in practice.


1. INTRODUO As estruturas de concreto que compe o barramento de Usinas Hidreltricas so monitoradas por uma srie de instrumentos os quais tm a funo de auscultar o comportamento dessas estruturas, seja na questo de deformabilidade do macio de rocha, de recalque da fundao, de deslocamento diferencial entre blocos, de medio de subpresses e medio de vazes. Este trabalho tem como enfoque apresentar uma ordem de grandeza das vazes de percolao das fundaes de estruturas de concreto em diferentes empreendimentos. Para isso, compilaram-se valores j apresentados por Silveira, 2003, alm de mais 12 empreendimentos: UHE Canoas 1, UHE gua Vermelha, UHE Dona Francisca, UHE Salto Caxias, UHE It, UHE Machadinho, UHE Passo Fundo, UHE Salto Osrio, UHE Salto Santiago, UHE Cana Brava, UHE So Salvador e UHE Estreito. Todas essas informaes foram obtidas com base em referncias bibliogrficas, descritas neste trabalho. As maiores contribuies de gua nessas estruturas so provenientes dos drenos de alvio de fundao. Algumas vezes tambm so oriundas de juntas devido ao rompimento de vedas-junta existentes, fissuras/trincas na estrutura e etc. O propsito dos drenos de fundao aliviar as subpresses nas superfcies permeveis do contato concreto-rocha ou nas descontinuidades geolgicas da fundao. A sua funo, portanto, aumentar a estabilidade e a segurana destas estruturas. A drenagem de fundao constitui-se no meio mais efetivo de reduo da subpresso, fornecendo um caminho direto e altamente permevel para coleta e conduo da gua de percolao [1]. As maiores vazes de drenagem nas fundaes ocorrem normalmente aps alguns meses do trmino do enchimento do reservatrio. Segundo Levis [2] a avaliao da quantidade de gua de percolao admitida pelo conjunto macio-fundao deve ser feita com base na finalidade da barragem. Assim, pode-se citar como exemplo valores de vazo de at 5,0litros/min por metro de barragem, para barragens com finalidade de controle de cheias ou para hidreltricas; e de at 0,1% da mdia das vazes naturais para barragens de abastecimento de gua e irrigao. A medida destas vazes normalmente verificada realizando as seguintes anlises:

Comparao da variao temporal das vazes em funo do N.A. de montante e do N.A. de jusante, assim como de eventual influncia das precipitaes pluviomtricas;

Comparao das vazes medidas em outros trechos da barragem, em feies

geolgicas semelhantes;

Comparao com as vazes medidas em outras barragens do mesmo tipo, com similar geologia, e preferencialmente, de mesmo porte;

Associao das vazes de drenagem com o teor de materiais slidos

carreados nos drenos ou medidores de vazo, sempre dando maior ateno nos que apresentam maior intensidade de vazo,


Verificao se a capacidade do sistema de bombeamento atende ao volume

de vazo dgua de percolao captado nas galerias. usual pelas projetistas estimar uma vazo de drenagem nas galerias na ordem de 1,5 l/min/m.

Sandroni [3] cita que no existem critrios fixos que estabeleam qual a "vazo aceitvel" pelas fundaes de uma barragem. possvel, contudo, examinar esta questo considerando as vazes observadas em obras em funcionamento e separando aquelas cujo desempenho foi considerado satisfatrio, daquelas cuja vazo pelas fundaes foi considerada excessiva. Todas estas atividades esto dentro do contexto de segurana de barragens que engloba alm da verificao das grandezas medidas, o monitoramento visual constante da estrutura. Esse conjunto possibilita a avaliao do desempenho das estruturas.

2. CARACTERSTICAS GERAIS DAS USINAS HIDRELTRICAS Como citado anteriormente, foram acrescentadas informaes referentes vazo de percolao de 12 empreendimentos compilao j elaborada por Silveira, 2003 [4]. Grande parte desses empreendimentos pertence Tractebel Energia e tem suas atividades de segurana de barragens realizadas pela Empresa Leme Engenharia / Tractebel Engineering, dentre eles: UHE It, UHE Machadinho, UHE Passo Fundo, UHE Salto Osrio, UHE Salto Santiago, UHE Cana Brava, UHE So Salvador e UHE Estreito. Nos subitens seguintes est apresentado um breve descritivo de cada um destes empreendimentos pertencentes Tractebel Energia e CESTE, as quais tiverem seus valores de vazo de percolao pela fundao acrescentados neste trabalho. 2.1 CARACTERSTICAS GERAIS DA UHE IT A Usina Hidreltrica It est localizada sob uma ala do Rio Uruguai, denominada Volta do Uv, a aproximadamente 2,5 km a montante da foz do Rio Uv, na divisa entre os Municpios de It (SC) e Aratiba (RS). A UHE It est localizada a montante da Usina Foz do Chapec, dentro do aproveitamento hidroenergtico da Bacia do Rio Uruguai, e a jusante da Usina Hidreltrica Machadinho, ambas em operao comercial. A Figura 1 apresenta uma imagem do Google Earth com as principais estruturas existentes na UHE It, enquanto que a Tabela 1 traz um breve descritivo de suas estruturas.


FIGURA 1: Estruturas da UHE It (Google Earth abril/2014) [5].

ESTRUTURA DESCRIO

Barragem Principal (BP)

Barragem de enrocamento com face de concreto, com altura mxima de 125 m e crista naelevao 375,50 m.

3 Diques (DQ-1, DQ-2 e DQ-3)

Trs diques em solo, com coroamento na elevao 377,00 m, para fechamento das depressestopogrficas, localizados na margem esquerda do reservatrio.

Vertedouro 1 (VT-1)

Vertedouro 1 do tipo superfcie, localizado sob a ombreira direita, junto a barragem principal,constitudo por seis comportas tipo segmento, seguida por um rpido revestido em concreto,finalizando com descarregamento em bacia de dissipao escavada em rocha.

Vertedouro 2 (VT-2)

Vertedouro 2 do tipo superfcie, localizado na margem esquerda, entre o dique 1 e a tomadadgua, constitudo por quatro comportas tipo segmento, seguida por um rpido revestido emconcreto e um trecho de calha no revestida, finalizando com descarregamento direto no leito dorio, sob o desemboque dos tneis de desvio.

Tomada dgua (TA)

Circuito de gerao, localizado na margem esquerda, constitudo por um canal de aduoescavado em rocha, tomada dgua encaixada na rocha, aduo individual atravs de cincotneis forados chegando at as unidades hidrogeradoras.

Casa de Fora (CF)

Casa de Fora tipo abrigada, contendo cinco unidades hidrogeradoras de potncia nominal de290 MW cada uma, totalizando 1.450 MW instalados.

TABELA 1: Breve descritivo das estruturas da UHE It 2.2 CARACTERSTICAS GERAIS DA UHE MACHADINHO A Usina Hidreltrica Machadinho est localizada no Rio Pelotas, aproximadamente 5 km a montante da foz do Rio Apua, na divisa entre os Municpios de Piratuba (SC) e Maximiliano de Almeida (RS). A UHE Machadinho, dentro do aproveitamento hidroenergtico da bacia do Rio Uruguai, localiza-se a montante da Usina Hidreltrica It, em operao desde 2000, e a jusante da Usina Hidreltrica Barra Grande, cuja operao iniciou em 2005. A Figura 2 apresenta uma imagem do Google Earth com as principais estruturas existentes na UHE Machadinho, enquanto que a Tabela 2 traz um breve descritivo de suas estruturas.

Rio Uruguai

VT-1

VT-2 TA

CF

BP

DQ-1

DQ-2 DQ-3


FIGURA 2: Estruturas da UHE Machadinho (Google Earth julho/2013) [5].

ESTRUTURA DESCRIO

Barragem Principal

Barragem de enrocamento com face de concreto, com altura mxima de 126 m e crista na elevao 485,50 m.

Diques (DQ-01 e DQ-2)

Dois diques em solo, com coroamento na elevao 486,00 m, para fechamento de depresses topogrficas, na margem direita do reservatrio, e o outro na margem esquerda, entre os rios Inhandava e Pelotas, sobre o local de implantao dos tneis de desvio superiores.

Vertedouro (VT)

De superfcie na ombreira direita, dimensionado para escoamento das cheias decamilenar e mxima provvel, constitudo por uma soleira vertente controlada atravs de oito comportas tipo segmento, seguida por um curto rpido revestido em concreto com posterior trecho escavado em rocha, at a descarga direta no rio Pelotas.

Tomada dgua (TA)

Circuito de gerao localizado na ombreira direita, entre a barragem e o vertedouro, constitudo por uma tomada dgua apoiada em rocha, com aduo individual atravs de trs tneis forados at as unidades hidrogeradoras instaladas na casa de fora a jusante.

Casa de Fora (CF)

Do tipo abrigada, contendo trs unidades hidrogeradoras de potncia nominal de 380 MW, totalizando 1.140 MW instalados.

TABELA 2: Breve descritivo das estruturas da UHE Machadinho 2.3 CARACTERSTICAS GERAIS DA UHE PASSO FUNDO A Usina Hidreltrica Passo Fundo est localizada no Norte do Rio Grande de Sul, no municpio de Entre Rios do Sul, aproximadamente a 380 km de Porto Alegre. constituda por 2 (duas) unidades geradoras, cada uma com capacidade de 113 MW. O Projeto, situado na bacia do Rio Uruguai, compreende o desvio das guas do Rio Passo Fundo para o seu afluente Rio Erechim, aproveitando uma diferena de nvel de 260 m. A Figura 3 apresenta uma imagem do Google Earth com as principais estruturas existentes na UHE Passo Fundo, enquanto que a Tabela 3 traz um breve descritivo de suas estruturas.

FIGURA 3: Estruturas da UHE Passo Fundo (Google Earth fevereiro/2014) [5].

VT BP BP

BP VT

Rio Pelotas

DQ-1

DQ-2

TA

CF

Rio Passo Fundo


ESTRUTURA DESCRIO Barragem

Principal (BP) e Vertedouro (VT)

O Barramento, situado no Rio Passo Fundo, do tipo misto concreto-terra, com 636 m de comprimento e 47 m de altura mxima. Na parte vertente, em concreto, esto instaladas 6 comportas de 5,75 12 m para uma vazo mxima de 2.250 m/s.


Dois diques em solo, o dique 1 com altura mxima de 13 m e 300 m de comprimento e o dique 02 com 10 m de altura e 330 m de comprimento.

Casa de Fora Localizada margem esquerda do rio Erechim, nela esto instalados dois grupos hidrogeradores de capacidade unitria de 13.000 kVA.

Tomada dgua Em concreto dispe de uma comporta tipo vago e uma comporta corredia, cada uma com 4 m de largura por 6 m de altura, permitindo aduo de uma descarga de at 100 m/s.

Tnel de Aduo

Da tomada dgua parte um tnel com seo circular, escavado em rocha, revestido em concreto armado com 6 m de dimetro e 5.745 m de comprimento. A jusante do tnel situa-se a chamin de equilbrio, escavada em rocha e revestida em concreto, com seo circular de 12 m de dimetro e 72 m de altura, incluindo 3 cmaras de compensao, 2 constitudas por galerias subterrneas, com volume til de 2.300 m, e a terceira de superfcie, com volume til de 13.000 m.

Condutos Forados

A jusante da chamin de equilbrio situa-se o trecho em nvel dos dois condutos forados, com 58 m de comprimento e 3,40 m de dimetro, em tnel blindado metlico at a casa de vlvulas. Esta, composta de estrutura de concreto, abriga duas vlvulas borboletas por conduto.

TABELA 3: Breve descritivo das estruturas da UHE Passo Fundo 2.4 CARACTERSTICAS GERAIS DA UHE SALTO OSRIO A Usina Hidreltrica Salto Osrio est situada no rio Iguau, entre os municpios de Quedas do Iguau e So Jorge dOeste, no sudoeste paranaense. A UHE Salto Osrio foi instalada em duas etapas. A gerao inicial ocorreu em Junho de 1975, com uma potncia total de 700 MW, proveniente da instalao de 4 turbinas tipo Francis e geradores de potncia nominal de 175 MW por unidade. Na segunda etapa, foram implementados mais 350 MW, totalizando uma potncia instalada de 1.050 MW. Aps a repotencializao ocorrida em 01/07/1997, a potncia instalada totalizou 1.078 MW. A Figura 4 apresenta uma imagem do Google Earth com as principais estruturas existentes na UHE Salto Osrio, enquanto que a Tabela 4 traz um breve descritivo de suas estruturas.

FIGURA 4: Estruturas da UHE Salto Osrio (Google Earth abril/2014) [5].

VT-2 BP

EC

TA

CF

Rio Iguau

VT-1

Subestao


ESTRUTURA DESCRIO


Barragem de enrocamento, que possui ncleo de argila, bastante esbelto e inclinado, quase como se estivesse repousando sobre o enrocamento de jusante. Seu comprimento de 750 m, com altura mxima de 56 m. Uma barragem de concreto faz a ligao do vertedouro 1.

Vertedouro 1 (VT-1)

Do tipo superficial est situado na margem esquerda, possui 5 vos com comportas setor. Seu comprimento de 113 m. A vazo total dos dois vertedouros fica em 28.000 m/s.

Vertedouro 2 (VT-2)

Do tipo superfcie est situado na margem direita, possui 4 vos com comportas setor. Seu comprimento total de 73 m.

Casa de Fora Do tipo abrigada com comprimento de 139 m, altura mxima de aproximadamente 40 m. Possui 4 turbinas Francis com potncia nominal de 189,78 MW e mais 2 com 190,90 MW, com potncia total instalada de 1.078 MW.

Tomada dgua A tomada dgua do tipo gravidade e situa-se na margem esquerda, com comprimento total de 68 m, compreendendo 6 tomadas individuais.

TABELA 4: Breve descritivo das estruturas da UHE Salto Osrio 2.5 CARACTERSTICAS GERAIS DA UHE SALTO SANTIAGO A Usina Hidreltrica Salto Santiago est localizada no rio Iguau, Estado do Paran, distante 340 km a oeste de Curitiba, entre os municpios de Rio Bonito do Iguau e Saudades do Iguau. A Figura 5 apresenta uma imagem do Google Earth com as principais estruturas existentes na UHE Salto Santiago, enquanto que a Tabela 5 traz um breve descritivo de suas estruturas.

FIGURA 5: Estruturas da UHE Salto Santiago (Google Earth junho/2014) [5].

ESTRUTURA DESCRIO


Barragem de enrocamento com ncleo impermevel inclinado, com crista na elevao 510 m, apresentando uma altura mxima de aproximadamente 80 m e comprimento de 1.400 m.

Barragens Auxiliares (BA-1,

BA-2 e BA-3)

Extensa barragem Auxiliar de terra (BA-1), situada na margem esquerda conectada barragem principal, e 2 barragens auxiliares (BA-2 e BA-3) menores necessrias para o fechamento de selas topogrficas. BA-1 com 600 m de comprimento, altura mxima de 65 m, BA-2 com 190 m de comprimento, 28 m de altura mxima e BA-3 com 100 m de comprimento, 12 m de altura.

Vertedouro (VT) Vertedouro de superfcie, com calha e defletor, em estrutura de concreto, situado na margem direita, projetado para escoar uma vazo de 24.600 m3/s, equipado com oito comportas setor de 15,3 m de largura e 20,57 m de altura, incluindo o quebra onda.

Casa de Fora (CF)

Casa de Fora do tipo abrigada, localizada num corte profundo na margem esquerda do rio, cerca de 1.000 m a jusante das quedas, e prevista para a instalao final de seis unidades geradoras. A potncia mxima instalada de 1.420 MW.

Tomada dgua (TA)

Uma Tomada dgua em concreto armado, com 55 m de altura, e um canal de aduo de 520 m de extenso, 45 m de largura no fundo e velocidade mxima de 4 m/s, localizados na margem esquerda.

TABELA 5: Breve descritivo das estruturas da UHE Salto Santiago

VT

BP BA-1 BA-2

BA-3 TA

CF

Rio Iguau

Subestao


2.6 CARACTERSTICAS GERAIS DA UHE CANA BRAVA A UHE Cana Brava est localizada no Rio Tocantins cerca de 46 km a jusante do Rio So Flix, entre os municpios de Minau e Cavalcante, no estado de Gois, dentro do aproveitamento hidroenergtico da bacia do Rio Tocantins. Localiza-se a jusante da UHE Serra da Mesa, em operao desde 1998 e a montante da UHE So Salvador. A Figura 6 apresenta uma imagem do Google Earth com as principais estruturas existentes na UHE Cana Brava, enquanto que a Tabela 9 traz um breve descritivo de suas estruturas.

FIGURA 6: Estruturas da UHE Cana Brava (Google Earth novembro/2013) [5].

ESTRUTURA DESCRIO

Barragem Possui estruturas de terra, de enrocamento com ncleo de argila (BTMD, BTLR) e de CCR (MD e LR). A seo com mxima altura atinge 65 m.


Dois diques de terra com proteo de enrocamento. Ambos localizados em selas topogrficas, o dique I direita da barragem de terra e o dique II situado a cerca de 4 km da Usina, na margem esquerda.

Vertedouro (VT) De superfcie com seis comportas do tipo segmento e uma comporta ensecadeira localizada na margem direita, em posio contnua ao circuito de gerao. Casa de Fora

(CF) Tipo abrigada contendo trs unidades geradoras Francis eixo vertical com potncia nominal de 150 MW, totalizando 450 MW instalados.

Tneis Forados Trs tneis a cu aberto. Comprimento mdio de 48,90 m e dimetro interno 9,0 m.

Adufas de Desvio

Cinco. Quatro delas com 5,5 m de largura por 11,0 m de altura, e uma com 4,0 m de largura por 6,0 m de altura para vazo sanitria no perodo de construo. Todas de comprimento de 53 m.

Tomada dgua (TA)

Localizada na margem direita, entre a Barragem de CCR da margem direita e o Vertedouro. De gravidade formada por trs blocos independentes: os dois laterais com 16,5 m e, o central com 16,0 m de largura.

TABELA 6: Breve descritivo das estruturas da UHE Cana Brava 2.7 CARACTERSTICAS GERAIS DA UHE SO SALVADOR A Usina Hidreltrica So Salvador est localizada no Rio Tocantins Estado de Tocantins, entre os municpios de So Salvador do Tocantins (margem esquerda) e Paran (margem direita). Dista cerca de 7 km a montante da cidade de So Salvador do Tocantins, e sua localizao est nas coordenadas geogrficas

Subestao

VT

CCR-LR BTLR

BTMD

TA CCR-MD

CF

DQ-1


124833 (Latitude Sul) e 481405 (Longitude Oeste). O acesso rodovirio principal feito pela BR-153 (Belm Braslia). A Figura 7 apresenta uma imagem do Bing Mapas com as estruturas existentes na UHE So Salvador, enquanto que a Tabela 7 traz um breve descritivo de suas estruturas.

FIGURA 7: Estruturas da UHE So Salvador (Bing Mapas 2014) [6].

ESTRUTURA DESCRIO

Barragens Margem Direita (MD) e Esquerda (ME)

Possui estruturas de terra, de enrocamento com ncleo de argila, de concreto convencional e de CCR (concreto compactado a rolo). A seo com altura mxima atinge 40 m com a crista na elevao 290,00.

Vertedouro (VT) Possui seis comportas de superfcie - tipo superfcie controlado, localizada na margem direita, em posio contnua ao circuito de gerao.

Casa de Fora (CF) Tipo abrigada, contendo duas unidades hidrogeradoras tipo Kaplan eixo vertical com potncia nominal de 124,50 MW, totalizando 243,20 MW instalados.

Tomada dgua (TA)

Localizada na margem direita, entre a barragem de concreto da margem direita e o vertedouro, esta estrutura de gravidade formada por dois blocos independentes com 30 m de largura cada.

TABELA 7: Breve descritivo das estruturas da UHE So Salvador 2.8 CARACTERSTICAS GERAIS DA UHE ESTREITO A UHE Estreito est localizada na Regio Norte do Brasil, no rio Tocantins, fazendo divisa com os estados do Tocantins e Maranho, nos municpios de Estreito (MA), Aguiarnpolis (TO) e Palmeiras do Tocantins (TO), a cerca de 130 km da cidade de Imperatriz (MA) e 513 km da cidade de Palmas (TO). O Stio do Aproveitamento encontra-se imediatamente a montante da ponte de transposio do rio Tocantins onde se interligam as rodovias federais BR-010, Rodovia Belm Braslia e BR-230, Rodovia Transamaznica. A Figura 8 apresenta uma imagem do Google Earth com as principais estruturas existentes na UHE Estreito, enquanto que a Tabela 8 traz um breve descritivo de suas estruturas.

CF

Subestao

VT TA

Barragem ME

Barragem MD


FIGURA 8: Estruturas da UHE Estreito (Google Earth maro/2013) [5].

ESTRUTURA DESCRIO


Composta por um trecho central de barragem de terra homognea e extremidades de enrocamento com ncleo de argila. A barragem no leito do rio tem cerca de 480,0 m de extenso e aproximadamente 47 m de altura mxima.

Barragem Fechamento

(BF)

Composta de um aterro de enrocamento com ncleo de argila. Est localizada entre o vertedouro e a margem esquerda. Em sua seo mxima, tem cerca de 30 m de altura e 73 m de comprimento.

Vertedouro (VT) Localizado na margem esquerda, com 14 vos de 19,10 m largura com crista da ogiva na El. 133,50 m.

Casa de Fora (CF)

Com 08 unidades geradoras, de capacidade nominal unitria de 135,87 MW e capacidade instalada total de 1.087 MW, com galerias eletromecnicas localizadas a jusante da estrutura, ficando o deck de jusante, correspondente ao ptio dos transformadores, na El. 154,00.

Tomada dgua (TA)

A estrutura da tomada dgua do tipo gravidade aliviada, em concreto armado, formando um bloco monoltico com a Casa de Fora. Cada bloco possui 3 (trs) passagens hidrulicas formadas por 2 (dois) contrafortes laterais e dois pilares centrais. A estrutura est coroada na El. 159,00 e tem altura mxima de 46,5 m.

TABELA 8: Breve descritivo das estruturas da UHE Estreito

3. BREVE DESCRIO DOS SERVIOS DE AUSCULTAO Atualmente a Leme Engenharia / Tractebel Engineering presta servios de segurana de barragens Tractebel Energia e ao CESTE, realizando a auscultao das suas estruturas civis, com base em uma equipe tcnica de campo e uma equipe multidisciplinar de escritrio. A equipe de campo composta por tcnicos civis, que realizam a leitura dos instrumentos, inspees peridicas e eventualmente as inspees especficas. Alm disso, a equipe de tcnicos de campo acompanha os servios de manuteno das estruturas civis da usina. A equipe multidisciplinar de escritrio composta por Engenheiros Civis, Gelogo e Arquitetos, compondo reas de geotecnia, geologia, fundaes, estruturas e hidrulica. Esta equipe responsvel pela anlise dos dados de instrumentao, acompanhamento tcnico da equipe de campo, alm da realizao de inspees das barragens e estruturas civis associadas.

Subestao

TA e CF BP

VT BF

Rio Tocantins


4. COMPARAO ENTRE MODELOS NUMRICOS E VAZES DE PERCOLAO MEDIDAS

Em alguns empreendimentos, devido complexidade do macio rochoso vinculado s altas permeabilidades ou at mesmo pela magnitude do empreendimento, modelos numricos so utilizados para estimar a vazo de percolao pela fundao de estruturas de concreto. Nos subitens seguintes esto apresentados dois casos correspondentes a esse tipo de anlise UHE Estreito e UHE Itaipu. 4.1. UHE ESTREITO Um caso a ser explanado de forma sucinta a UHE Estreito (Maranho) assente sobre um macio arentico de alta permeabilidade (k = 1X10-3 a 5X10-3 cm/s), onde os resultados de todos os ensaios de perda dgua realizados no indicaram a existncia de possveis camadas contnuas com permeabilidade distinta. Foram realizadas anlises de percolao em softwares de elementos finitos, para estimativa das vazes, tendo em vista a difcil avaliao do fraturamento e anisotropia do macio rochoso e, consequentemente, a definio precisa da permeabilidade da fundao. Nestes modelos foram adotados os coeficientes de permeabilidade apresentados na Tabela 9. Foi mantida a nomenclatura dos modelos, apresentada pela Projetista. Na tabela esto apresentados apenas alguns dos modelos elaborados.

MODELO kH (cm/s) kv (cm/s) kH / kv 2 4,0x10-3cm/s 2,0x10-3 cm/s 2 4 4,0x10-3cm/s 2,67x10-3 cm/s 1,5

TABELA 9: Modelos adotados e coeficientes de permeabilidade Como o volume de gua era considervel, essa anlise foi fundamental para dar suporte na definio das vazes afluentes aos poos de bombeamento dos blocos 1 e 14 da galeria do vertedouro composta por um sistema de drenagem para alvio das subpresses da fundao. Com base nas vazes medidas in loco e piezometria dos perodos de desvio do rio e de enchimento de reservatrio, o Consrcio Projetista [7] efetuou uma retroanlise e calibragem do modelo de elementos finitos de percolao de gua pelo macio rochoso, chegando aos resultados apresentados na Tabela 10.

CONDIO NA MONTANTE (m) NA JUSANTE (m) MODELO VAZO (m/h) VAZO MDIA (m/h)

Operao normal mnima 156,00 131,00

Modelo 2 676,80* 717,50

Modelo 4 758,10*

Operao normal 156,00 134,00 Modelo 2 720,80*

767,40 Modelo 4 814,00*

Operao normal mxima 156,00 136,00

Modelo 2 749,70* 793,40

Modelo 4 837,00*

Operao excepcional 158,00 152,80

Modelo 2 1026,00* 1082,00

Modelo 4 1138,00*

TABELA 10: Retroanlise e calibragem do modelo de elementos finitos de percolao de gua pelo macio. [7]


*Estas estimativas foram feitas a partir dos modelos ajustados pela Projetista com os dados de vazo e piezometria dos perodos de desvio do rio e de enchimento do reservatrio [7]

Aps trs anos de operao verificou-se que as vazes de percolao so inferiores s estimadas (Tabela 11). Atualmente, a vazo de percolao de aproximadamente 15,8 l/min/m.

DATA NA MONTANTE (m) NA JUSANTE (m)VAZO NO

POO 01 (m/h) MV-08

VAZO NO POO 14 (m/h) MV-01 e MV-04

VAZO TOTAL (m/h)

3/1/14 154,35 135,46 153,87 459,71 613,58 10/1/14 154,65 134,46 136,17 428,68 564,86 17/1/14 154,79 133,90 141,04 427,60 568,63 31/1/14 155,12 134,44 141,79 438,09 579,88 7/2/14 155,28 133,40 146,29 427,96 574,25

14/2/14 155,17 134,33 135,67 427,92 563,59 21/2/14 154,94 134,93 158,41 454,63 613,04 28/2/14 155,05 135,41 149,70 458,46 608,16 14/3/14 154,23 137,11 160,23 478,52 638,75

TABELA 11: Acompanhamento das vazes nos poos de bombeamento Medidores de vazo [8]

4.2. UHE ITAIPU Na sequncia apresentada uma descrio do modelo realizado para a UHE Itaipu, bem como os resultados medidas no ano de 2002. Esses resultados e anlises foram obtidos da Dissertao de Porto [9]. Porto, 2002, apresenta uma proposta para estabelecer um critrio vlido para determinar a vazo de guas que percolam pela fundao de barragens, a partir de ensaios de perda d'gua realizados na prpria fundao do empreendimento. As vazes estimadas pelo critrio do autor supracitado foram obtidas atravs de clculos diretos da Lei de Darcy. O autor apresenta tambm um estudo comparativo de vazes com e sem a cortina de injees. Na Tabela 12 esto apresentados apenas os valores considerando a cortina de injees.

FEIES GEOLGICAS K ADOTADO (cm/s) REA DA SEO DRENANTE (m)

VAZO / FEIO (l/s)

VAZO TOTAL MODELO (l/s)

VAZO MEDIDA (l/s)

Fundao Rasa El. 60/65 2,3E-04 1,1E+07 17,1

19,1 12,0 Junta B El. 50/55 5,0E-06 1,1E+07 0,4

Junta e Contato entre derrames A/B

El. 10/25 7,5E-06 3,2E+07 1,6

TABELA 12: Vazes calculadas e obtidas na fundao da estrutura de Desvio rea 1

*Considerou-se carga hidrulica igual a 153 m e distncia de drenagem de 22 m, resultando em um gradiente hidrulico igual a 6,95

Com as anlises realizadas por Porto, os resultados dos modelos apresentaram valores 60% acima do medido em campo.


5. COMPILAO DOS DADOS DE VAZO Com o intuito de apresentar dados de vazo de percolao que afluem s galerias dos barramentos em concreto, seja pelos drenos profundos, seja por infiltraes pelas paredes das galerias ou por pontos localizados captados, foi realizada uma compilao destes valores de vazo em termos de vazo especfica (l/min/m). A obteno da vazo especifica consiste em dividir a vazo total de percolao pela fundao pelo comprimento da estrutura no trecho de contribuio, obtendo desta forma a vazo especfica em l/min/m. Foram inseridos na tabela apresentada por Silveira, 2003 [4], os dados de vazo de usinas pertencentes ao grupo da Tractebel Energia, CESTE, e outras referncias encontradas em bibliografia pertinente. Destaca-se na Tabela 13 as vazes especficas de algumas estruturas de concreto de alguns empreendimentos hidreltricos brasileiros.

NOME DO PROJETO ALTURA MXIMA

(m) COMPRIMENTO

(m) TIPO DE

FUNDAO

VAZO ESPECFICA PS-ENCHIMENTO

VAZO ESPECFICA RESERVATRIO ESTABILIZADO

MDIA (l/min/m)

MXIMA (l/min/m)

MDIA (l/min/m)

MXIMA (l/min/m)

UHE IT[10] (VERTEDOURO 1) 44 132 BASALTO 0,43 1,28 0,40 2,52

UHE IT[10] (VERTEDOURO 2) 44 90 BASALTO 3,56 5,19 1,37 2,43

UHE MACHADINHO[10] (VERTEDOURO:

GALERIA DE MONTANTE)

47 155,5 RIODACITO 3,57 5,79 2,73 3,40

UHE MACHADINHO[10] (VERTEDOURO

GALERIA DE JUSANTE) 47 143 RIODACITO 1,26 3,15 0,87 1,38

UHE PASSO FUNDO[10] (VERTEDOURO -

GALERIA 1) 35 111,32 BASALTO - - 0,20 0,62

UHE PASSO FUNDO[10] (VERTEDOURO -

GALERIA 2) 35 84,60 BASALTO - - 0,14 0,64

UHE PASSO FUNDO[10] (VERTEDOURO

GALERIA 3) 35 84,60 BASALTO 0,13 0,33

UHE SALTO SANTIAGO[10]

(VERTEDOURO) 40 154,40 BASALTO - - 0,01 0,05

UHE SALTO OSRIO[10] (VERTEDOURO 2) 32 73,20 BASALTO - - 0 -

UHE CANA BRAVA[10] (BLOCOS B-1 A B-6) 48 134

QUARTZO-MICA XISTO 0,62 1,67 0,21 0,38

UHE CANA BRAVA[10] (BLOCOS V-4 A B-6) 48 60


UHE CANA BRAVA[10] (BLOCOS V-4 A B-7) 48 66







NOME DO PROJETO ALTURA MXIMA

(m) COMPRIMENTO

(m) TIPO DE

FUNDAO

VAZO ESPECFICA PS-ENCHIMENTO

VAZO ESPECFICA RESERVATRIO ESTABILIZADO

MDIA (l/min/m)

MXIMA (l/min/m)

MDIA (l/min/m)

MXIMA (l/min/m)

UHE CANA BRAVA [10] (BLOCOS B-16 A B-20) 78 68


UHE SO SALVADOR[10] (BLOCOS 1, 2 E 3) 31 49


UHE SO SALVADOR[10] (BLOCOS 4 E 5) 45,7 170


UHE SO SALVADOR[10] (TOMADA DGUA) 45,7 60


UHE ESTREITO[8] (VERTEDOURO) 43,70 328 ARENITO - - 15,8 -

UHE SALTO CAXIAS[11] 67 1050 BASALTO - - 1,31 3,52

GUA VERMELHA[12] 60 610 BASALTO - - 0,14 10

CANOAS 1[12] 30 200 BASALTO - - 0,48 14,3

DONA FRANCISCA[12] 50 640 BASALTO/ ARENITO - - 0,09 4,64

ITAIPU[4] (VERTEDOURO) 44 374 BASALTO - - 0,07 -

ITAIPU[4] (BARRAGENS

LATERAIS) 65 1500 BASALTO - - 0,35 -

ITAIPU[4] (ESTRUTURAS DE DESVIO) 90 170 BASALTO - - 1,62 -

ITAIPU[4] (TOTAL) 44/90 2550 BASALTO - - 1,24 -

ILHA SOLTEIRA[4] 74 1288 BASALTO 2,40 - - -

JUPI[4] 31 1303 BASALTO 0,60 - - -

PROMISSO[4] 35 384 BASALTO 3,10 - - -

A.S. LIMA[4] (BAIRIRI) 32,5 385 BASALTO 0,04 - - -

IBITINGA[4] 31,7 509 BASALTO 0,08 - - -

XAVANTES[4] 98 235 BASALTO 5,10 - - -

A.A. LAYDNER[4] (JURIMIRIN) 50 313 BASALTO 0,01 - - -

A.S.OLIVEIRA[4] (LIMOEIRA) * 41 51 GNAISSE 0,14 - - -

ITUMBIARA [4] 106 123 ANFIBOLITO GNAISSE 0,37 - - -

FURNAS [4] 127 550 QUARTZITOS E XISTOS 0,45 - - -

TABELA 13: Compilao de dados de vazo observados em galerias de concreto Destaca-se que muitas projetistas utilizam referncias de vazes de outras usinas para estimativa em projetos de estruturas de concreto, sendo valores entre 1,0 l/min/m a 2,0 l/min/m os usualmente utilizados. A Figura 9 (ps-enchimento) e a Figura 10 (operao) apresentam os resultados de vazo especfica em relao s diferentes condies geolgicas do macio de fundao. Dentre as principais consideraes sobre esses grficos tm-se:

Observa-se uma boa relao entre a vazo especfica e a altura mxima da estrutura, para diferentes geologias de fundao;


A maior concentrao de vazes especficas inferior a 1 l/min/m no perodo de operao;

A vazo especfica para o macio arentico est muito acima dos demais. Sugere-se ampliar o presente banco de dados, com informaes de outras estruturas civis assentes em arenito ou macios com elevada permeabilidade.

FIGURA 9: Vazo especfica mdia aps o enchimento do reservatrio

FIGURA 10: Vazo especfica mdia durante o perodo de operao (condio de

estabilidade) descrito nas bibliografias consultadas, sobre o comportamento das vazes, que as estruturas atingem vazes mximas, na maioria das vezes poucos meses aps o reservatrio atingir o nvel mximo normal de operao, apresentando na sequncia uma lenta tendncia de queda das vazes, como consequncia de um lento processo de assoreamento a montante e de colmatao dos caminhos de percolao atravs do macio rochoso de fundao. Fato ntido na maioria das estruturas de concreto como mostram os grficos apresentados na sequncia (Figura 11 Figura 14).


270

280

290

300

310

320

330

340

350

360

0

25

50

75

100

125

150

175

200

225

01-ja

n-02

07-d

ez-0

2

12-n

ov-0

3

17-o

ut-0

4

22-s

et-0

5

28-a

go-0

6

03-a

go-0

7

08-ju

l-08

13-ju

n-09

19-m

ai-1

0

24-a

br-1

1

29-m

ar-1

2

04-m

ar-1

3

07-fe

v-14

13-ja

n-15

19-d

ez-1

5

NA

Res

erva

trio

(m)

Vaz

o (l

/min

)e

Pluv

iom

etria

(mm

)

Tempo (dias)MV-010 Ateno Alerta PluviometriaMV-09 MV-05 MV-06 MV-07MV-08 NA Reservatrio

FIGURA 11: Medidor de Vazo na Barragem CCR da UHE Cana Brava [13]

255

267

279

291

303

315

327

339

351

363

375

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

15-o

ut-9

9

12-a

br-0

0

09-o

ut-0

0

07-a

br-0

1

04-o

ut-0

1

02-a

br-0

2

29-s

et-0

2

28-m

ar-0

3

24-s

et-0

3

22-m

ar-0

4

18-s

et-0

4

17-m

ar-0

5

13-s

et-0

5

12-m

ar-0

6

08-s

et-0

6

07-m

ar-0

7

03-s

et-0

7

01-m

ar-0

8

28-a

go-0

8

24-fe

v-09

23-a

go-0

9

19-fe

v-10

18-a

go-1

0

14-fe

v-11

13-a

go-1

1

09-fe

v-12

07-a

go-1

2

03-fe

v-13

02-a

go-1

3

29-ja

n-14

28-ju

l-14

24-ja

n-15

NA

Res

erva

trio

(m)

Vaz

o (l/

min

)e

Pluv

iom

etria

(m

m)

Tempo (dias)

MV- VT1 Pluviometria MV- VT 2 NA Reservatrio FIGURA 12: Medidor de Vazo nos Vertedouros 1 e 2 da UHE It [13]


388

401

413

426

438

451

463

476

488

0

115

230

345

460

575

690

805

920

17-a

go-0

1

04-m

ai-0

2

19-ja

n-03

06-o

ut-0

3

22-ju

n-04

09-m

ar-0

5

24-n

ov-0

5

11-a

go-0

6

28-a

br-0

7

13-ja

n-08

29-s

et-0

8

16-ju

n-09

03-m

ar-1

0

18-n

ov-1

0

05-a

go-1

1

21-a

br-1

2

06-ja

n-13

23-s

et-1

3

10-ju

n-14

25-fe

v-15

12-n

ov-1

5

29-ju

l-16

NA

Res

erva

trio

(m)

Vaz

o (l/

min

) e

Pluv

iom

etria

(m

m)

Tempo (dias)

Vazo - MV-1 Pluviometria Vazo - MV-2 NA Reservatrio

FIGURA 13: Medidor de Vazo na galeria do Vertedouro da UHE Machadinho [13]

250

260

270

280

290

300

310

0

20

40

60

80

100

120

17/8

/200

8

6/4/

2009

24/1

1/20

09

14/7

/201

0

4/3/

2011

22/1

0/20

11

10/6

/201

2

29/1

/201

3

18/9

/201

3

8/5/

2014

27/1

2/20

14

NA

Res

erva

trio

(m)

Vaz

o (l/

min

)

Tempo (dias)

MV-101 Incio Enchimento MV-201 MV-102 NA Reservatrio FIGURA 14: Medidor de Vazo na galeria da Barragem de Concreto da UHE So

Salvador [13]

5. CONCLUSES Observa-se que as vazes de percolao pelas estruturas de concreto so regidas pelas caractersticas geolgico-geotcnicas do macio de rocha onde esto


implantadas as estruturas, condicionados por alta permeabilidade do macio, sistema de fraturamento da rocha de fundao, dentre outras variveis. Fazendo uma anlise dos dados no perodo de operao, observa-se que grande parte das vazes provenientes destas estruturas ficam em torno de 1,0 l/min/m a 2,0 l/min/m, com exceo dos macios que apresentam alta permeabilidade, como o caso da UHE Estreito, assente em arenito. Para suprir a necessidade do estado do conhecimento, sugere-se ampliar esse banco de dados com diferentes condies geolgicas, sobretudo com macios arenticos ou macios com elevada permeabilidade. As vazes de infiltrao tendem a reduzir ao longo da vida til da usina pelo processo lento de assoreamento a montante e de colmatao dos caminhos de percolao. Em fundaes de alta complexidade hidrogeolgica, deve ser realizado um estudo aprofundado (investigaes geolgico-geotcnicas), que trar subsdios aos clculos de subpresso atuante nas estruturas, bem como ao dimensionamento adequado do sistema de bombeamento, corroborando para que no ocorram surpresas ao longo do processo de implantao e operao do empreendimento.

6. AGRADECIMENTOS Os autores gostariam de registrar seus agradecimentos Tractebel Energia e ao CESTE pela disponibilidade dos dados de instrumentao. Os autores agradecem tambm equipe de campo da Leme Engenharia, pelo apoio e pelas informaes repassadas.

7. PALAVRAS-CHAVE Segurana de Barragens, estruturas de concreto, medidores de vazo, vazo de percolao, drenos de alvio

8. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

[1] OSAKO, CLAUDIO ISSAMY [2002]. A Manuteno dos Drenos nas Fundaes de Barragens - O Caso Da Usina Hidreltrica de Itaipu. Dissertao. UFPR Universidade Federal do Paran.

[2] LEVIS, SILVIA DELATTRE [2006]. Verificao da Eficcia dos Sistemas de

Vedao e Drenagem em Fundaes de Barragens de Concreto. Dissertao. USP Universidade de So Paulo.

[3] SANDRONI, S., 2012, Notas de aula da disciplina de Barragens de Terra e

Enrocamento. Curso de Mestrado da COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro. http://pt.slideshare.net/alexcatarinense/barragens-sandroni-2006-6-estabilidade


[4] SILVEIRA, JOO FRANCISCO ALVES [2003]. Instrumentao e Comportamento de Fundaes de Barragens de Concreto.

[5] SOFTWARE GOOGLE EARTH [2015] - Imagens de Satlite. [6] BING MAPS [2015] - Imagens de Satlite. http://www.bing.com/maps/ [7] Consrcio Projetista CNEC/INTERTECHNE Relatrio ES2-RT-C-VTC/GG-

112-01 - Projeto Executivo Vertedouro - Retro-Anlises - Percolao E Piezometria

[8] CESTE [2012 2015] Dados de Instrumentao UHE Estreito.

Documentao digital. Florianpolis-SC [9] PORTO, E.C. [2002]. Critrio para Determinao de Vazes pela Fundao de

Barragens com Base nos Ensaios de Perda d gua O caso da Usina Hidreltrica de Itaipu. Dissertao. UFPR Universidade Federal do Paran.

[10] TRACTEBEL ENERGIA [2002 2015] Dados de Instrumentao UHE It,

Machadinho, Passo Fundo, Salto Santiago, Salto Osrio, Cana Brava e So Salvador. Documentao digital. Florianpolis-SC

[11] SOARES, M.A.S.; SEARA, R.W.; FERREIRA, E.S.; REIS, M.M. [2006].

Comportamento da Vazo de Percolao na Barragem de CCR da UHE Salto Caxias. II Simpsio sobre Instrumentao de Barragens. So Paulo.

[12] SILVEIRA, J.F.A.; PEREIRA, P.N.; FERREIRA, W.V.F. [2005]. Anlise

Geolgica na Fundao das Estruturas de Concreto de Canoas I e sua Influncia no Comportamento da Barragem. XXVI Seminrio Nacional de Grandes Barragens. Goinia.

[13] LEME ENGENHARIA TRACTEBEL ENGINEERING [2002-2015] Arquivos

Internos.

COMPILAÇÃO DE DADOS DE VAZÕES DE DRENAGEM EM DIVERSAS FUNDAÇÕES DE ESTRUTURAS DE CONCRETO DE...

Documents

Transcript of COMPILAÇÃO DE DADOS DE VAZÕES DE DRENAGEM EM DIVERSAS FUNDAÇÕES DE ESTRUTURAS DE CONCRETO DE...