EVANGELISTA CAETANO PORTO

CRITRIO PARA DETERMINAO DE VAZES PELA FUNDAO DE BARRAGENS COM BASE NOS ENSAIOS DE PERDA DGUA O CASO DA USINA HIDRELTRICA DE ITAIPU

Dissertao apresentada como requisito parcial para obteno do grau de Mestre em Construo Civil, pelo Programa de Ps-Graduao em Construo Civil da Universidade Federal do Paran PPGCC/UFPR. Orientador: Professor Ney Augusto Nascimento, PhD.

CURITIBA/PR OUTUBRO - 2002

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DEDICATRIA

Aos

familiares

pela

compreenso,

apoio e incentivo, essenciais para a elaborao deste trabalho

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AGRADECIMENTOS

ITAIPU BINACIONAL pela oportunidade de retornar ao caminho do aprendizado acadmico, aps 26 anos dedicados construo das barragens de So Simo (GO) e Itaipu (PR).

Aos professores da UFPR, em especial ao Prof. Ney Augusto Nascimento, orientador deste trabalho e Profos. Alberto Pio Fiori e Alessander Cristopher Morales Kormamm, membros da banca examinadora.

Aos professores tutores, colegas do curso PPGCC e engenheiros consultores da ITAIPU BINACIONAL, de quem sempre recebi apoio para solucionar problemas de diversas natureza.

Aos colegas de trabalho pelo incentivo e, em especial, ao engenheiro Ademar S. Fiorini pela permanente colaborao, sem restrio de horrio, que permitiu a estruturao do trabalho com contedo tcnico-cientfico. E em particular aos colegas de Dissertao Claudio Issamy Osako e Miguel Angel Lpez Paredes pelo apoio em todas as fases do trabalho.

Deus pela vitria deste momento. Obrigado, Senhor.

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LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1 FIGURA 2 FIGURA 3 FIGURA 4 FIGURA 5 FIGURA 6 FIGURA 7 FIGURA 8 FIGURA 9 FIGURA 10 FIGURA 11 FIGURA 12 FIGURA 13 FIGURA 14 FIGURA 15 FIGURA 16 FIGURA 17 FIGURA 18 FIGURA 19 FIGURA 20 FIGURA 21 FIGURA 22 FIGURA 23 FIGURA 24 FIGURA 25 FIGURA 26 FIGURA 27 FIGURA 28

- ESCALA DE TEMPOS GEOLGICOS.............................................................................. - MAPA DO PARAN E REA DE MATAS DE ARAUCRIA........................................ - MAPA DA BACIA DO PARAN E REA DE OCORRNCIAS DE DERRAMES BASLTICOS................................................................................................ - ITAIPU - CORTINA DE INJEO NA OMBREIRA DIREITA ....................................... - ARRANJO DAS CORTINAS DE INJEO E DRENAGEM NA REGIO DO LEITO DO RIO.............................................................................................................. - CRITRIOS DE SUBPRESSO DO TVA ......................................................................... - CRITRIO DE SUBPRESSO DO BUREAU OF RECALMATIONS(USBR)................. - SUBPRESSO MEDIDA NA FUNDAO DE UMA BARRAGEM DE GRAVIDADE ....................................................................................................................... - EXEMPLOS DE SUBPRESSO - ESTUDO DE CASOS DE BARRAGENS DA EUROPA ........................................................................................................................ - BLOCO MAIS ALTO DE ITAIPU ..................................................................................... - ESQUEMA DE MONTAGEM DOS EQUIPAMENTOS DE ENSAIOS ............................ - FOLHA DE CAMPO DE ANOTAES DO ENSAIO DE PERDA D'GUA .................. - CIRCUITOS DE MONTAGEM DO ENSAIO DE PERDA D'GUA (ESCOLAS AMERICANA E EUROPIA) ......................................................................... - PARMETROS UTILIZADOS NO CLCULO DO ENSAIO DE PERDA D'GUA .................... - BACO COM HASTE DE PERFURAO AW (15,9 mm) E OBURADOR 1" (25,4 mm)................................................................................................................................ - BACO COM HASTE DE PERFURAO NX (76,2 mm) E OBTURADOR DE 1" (25,4 mm)................................................................................................................................ - BACO COM TUBULAO 1,25" (31,75 mm) E OBTURADOR PERFURADO DE 1" (25,4 mm) ........................................................................................................................... - BACO COM TUBULAO GALVANIZADA E OBTURADOR DE 1" (25,4 mm) ................... - BACO PERDA DE CARGA EM TUBULAO GALVANIZADA DE 3/4" (19,05 mm)............................................................................................................................ - BACO PERDA DE CARGA EM TUBULAO GALVANIZADA DE 1" (25,4 mm).............................................................................................................................. - CURVAS DE CONVERSO DE PERDA ESPECFICA EM PERMEABILIDADE (cm/s)................................................................................................. - MODELO ESPERADO DE COMPORTAMENTO DO FLUXO DURANTE O ENSAIO ............................................................................................................................... - RELAO ENTRE PERDA D'GUA E ABERTURA DE FRATURAS .......................... - ARRANJO GERAL DE ITAIPU.......................................................................................... - GEOLOGIA DA FUNDAO DA ESTRUTURA DE DESVIO ....................................... - DISTRIBUIO TERICA DA PERMEABILIDADE EM MACIOS BASLTICOS E INTRUSIVOS .......................................................................................... - SUB-HORIZONTES (REAS) DE APLICAO DO CRITRIO DE VAZO ............... - SEO TRANSVERSAL DA ESTRUTURA DE DESVIO ...............................................

8 10 14 18 20 22 22 23 26 31 32 37 38 41 46 47 48 49 50 51 55 57 58 71 73 74 75 79

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LISTA DE FOTOS E TABELAS

FOTO 1 - OBTURADOR SIMPLES TIPO MECNICO DE 4'' (101,6 mm) e de 3" (76,2 mm) ..................... TABELA 1 - DIMETROS DE EQUIPAMENTOS DE SONDAGEM ROTATIVA .............................. TABELA 2 - COMPARAO DE PERDA DE CARGA EM TUBULAO 25,4 mm (ITAIPU E CORRA FILHO).............................................................................................. TABELA 3 - EQUAES DE CLCULO DA PERMEABILIDADE EM REGIME TURBULENTO E LAMINAR ............................................................................................. TABELA 4 - ESPESSURA MDIA DOS DERRAMES DE BASALTO DA FUNDAO DE ITAIPU ........................................................................................................................... TABELA 5 - TOTAL DE ENSAIOS PERDA D'GUA UTILIZADOS NA DEFINIO DOS SUB-HORIZONTES.................................................................................................... TABELA 6 - ROTEIRO DE CLCULO DA VAZO ANTES DAS INJEES.................................... TABELA 7 - ROTEIRO DE CLCULO DA VAZO APS AS INJEES ......................................... TABELA 8 - COMPARAO DA VAZO ESTIMADA COM OUTROS CRITRIOS .......................

34 44 52 59 68 78 82 83 85

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LISTA DE SIGLAS

ABGE CBDB SNGB IPT ABGE CESP TVA USBR -

Associao Brasileira de Geologia e Engenharia............................................................................. Comit Brasileiro de Barragens ....................................................................................................... Seminrio Nacional de Grandes Barragens...................................................................................... Instituto de Pesquisas Tecnolgicas................................................................................................. Associao Brasileira de Geologia de Engenharia........................................................................... Companhia Energtica de So Paulo ............................................................................................... Tenesse Valley Authority................................................................................................................. United States Bureau of Reclamation ..............................................................................................

LISTA DE SMBOLOS

% O C

Pi ..................................................................................................................................................... - Por cento .......................................................................................................................................... - Grau Celcius..................................................................................................................................... Dimetro de furo de sondagem ........................................................................................................

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LISTA DE ABREVIATURASE PE' PE Pe Pm Cf Q L F K K' Msnm Mpa KPa Kgf Atm Cm Km Kg l m min mm N. e g s p. cap. vol. Mdulo de deformabilidade ............................................................................................................. Perda d'gua especfica turbulenta ................................................................................................... Perda d'gua especfica .................................................................................................................... Presso efetiva de ensaio de perda d'gua especfica ....................................................................... Presso manomtrica do ensaio de perda d'gua especfica............................................................. Coeficiente de forma........................................................................................................................ Vazo ............................................................................................................................................... Comprimento do trecho de ensaio de perda d'gua especfica ......................................................... Fator de converso de perda d'gua especfica em permeabilidade ................................................. Coeficiente de permeabilidade em regime laminar ......................................................................... Coeficiente de permeabilidade em regime turbulento...................................................................... Metro sobre o nvel do mar .............................................................................................................. Mega Pascal ..................................................................................................................................... Quilo Pascal ..................................................................................................................................... Quilograma-fora ............................................................................................................................. Atmosfera......................................................................................................................................... Centmetro........................................................................................................................................ Kilmetro ......................................................................................................................................... Quilograma ...................................................................................................................................... Litro ................................................................................................................................................. Metro................................................................................................................................................ Minuto.............................................................................................................................................. Milmetro ......................................................................................................................................... Nvel d'gua ..................................................................................................................................... Espessura de fratura do macio rochoso .......................................................................................... Acelerao da gravidade .................................................................................................................. Segundo ........................................................................................................................................... Pgina............................................................................................................................................... Captulo............................................................................................................................................ Volume.............................................................................................................................................

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RESUMO Com a intensificao da implantao de usinas hidreltricas entre as dcadas de 1950 e 1980, a engenharia brasileira experimentou grande evoluo, tanto pela experincia adquirida em construo, quanto na rea de projeto e de auscultao das obras implantadas. Muitos desses empreendimentos foram adequadamente monitorados por mtodos de observao preocupados em avaliar suas condies de segurana, bem como comprovar a validade das hipteses estabelecidas em projeto. Essa experincia, adquirida com esmero, pode ser expressa por intermdio de grande quantidade de trabalhos tcnicos publicados em eventos realizados no Brasil e no exterior. O objetivo desta dissertao permitir aos tcnicos da rea de segurana de barragens o uso de uma ferramenta til para o controle de infiltraes. Prope-se a adoo deste critrio para determinar a vazo da gua de percolao esperada atravs da fundao da barragem, levando em considerao os parmetros geo-hidrolgicos do substrato rochoso do prprio empreendimento. Pretende-se assim estabelecer valores de infiltrao a serem possivelmente utilizados como nmeros limite para controle da instrumentao. Tal critrio, em essncia, estabelece que a vazo entendida como aquela relativa percolao de guas de infiltrao atravs do embasamento rochoso da barragem, seja obtida pela frmula da Lei de Darcy, onde o coeficiente de permeabilidade calculado a partir dos ensaios padronizados de perda de gua realizados nesse material da fundao. Descreve-se o mtodo de execuo e a aplicao do ensaio de perda de gua. Um total de 214 desses ensaios, realizados antes de 1982, foram analisados e 43 deles aplicados, pelo critrio proposto, neste estudo de caso, para determinar a vazo pela fundao da Estrutura de Desvio da Barragem de Itaipu. Os mesmos indicaram uma vazo esperada apenas 18,5% superior medida nessa estrutura nos ltimos 10 anos. Isso evidenciou o bom ajuste do critrio proposto para a presente aplicao. O valor estimado de 32 l/s, caso fosse admitido como limite de projeto, resultaria no dimensionamento de bombas de recalque com capacidade para 72 l/s, o que representaria uma economia de 50% em relao estao de bombeamento atualmente instalada. Para continuidade do estudo sugere-se aplicar o critrio proposto em barragens construdas mais recentemente, onde tenha sido aplicado tratamento da rocha mais simplificado, ou mesmo sem tratamento, para avaliar o custo benefcio desse tipo de tratamento mais simples em relao ao maior custo de instalaes de bombas de recalque. Palavras-chave: Ensaio de Perda de gua; Perda de Carga; Permeabilidade; Subpresso; Nvel de gua em Furo de Sondagem; Percolao.

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ABSTRACT The increase in the number of hydroelectric power plants in Brazil between the years 1950 and 1980, caused a considerable gain as far as engineering dam design, construction and monitoring in the country is concerned. Dam instrumentation was then based on assumed safety and design hypothesis. Such experience is recorded in a great number of technical papers that were published in several places an occasions, both in Brazil and abroad. The objective of this dissertation is to call the attention of professionals involved in dam safety for using a tool here described, as an aid in seepage control activities. The adopted criteria is able to furnish the foundation seepage value considering the hydrogeological parameters of the local foundation material. It is intended to establish the discharge which may be used for monitoring control. The criteria considers that the rock strata foundation seepage follows Darcy's law, and the permeability coefficient is obtained from standard water-pressure tests carried out in boreholes at the dam site. Description and discussions about the in situ tests are presented, taking advantage of the broad amount of data available from the Itaipu experience. A total of 214 water pressure tests, carried out before 1982, were analyzed in this study; 43 of them were used to apply this criteria to determine the seepage discharge through the Diversion Structure of Itaipu Dam. The results show values 18,5% above the average rate of flow measured during the past 10 years, which is a reasonably good adjustment for the proposed method. The resultant discharge of 32,0 l/s, given by the method applied to the present case, if had been adopted as a design parameter, would have given pump capacity of 72 l/s, which is an economy of 50% compared to the size of pumps actually installed. For future research on the subject, it is suggested the use of this criteria in recently built hydro developments, either with simplified rock foundation treatment or with no treatment at all, to evaluate the cost advantages is in comparison to the normally high cost of water pumps. Key-words: Water-Pressure Test; Head loss, Permeability, Uplift, Water table, Seepage

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SUMRIOLISTA DE FIGURAS........................................................................................... ........................................ LISTA DE FOTOS E TABELAS ............................................................................................................... LISTA DE SIGLAS E SMBOLOS............................................................................................................. LISTA DE ABREVIATURAS..................................................... ................................................................ RESUMO ............................................................................................................................................... ABSTRACT................................................................................................................................................... SUMRIO ............................................................................................................................................... 1 - INTRODUO ............................................................................................................................ 2 - REVISO BIBLIOGRFICA .................................................................................................... 2.1 - TEMPO GEOLGICO ................................................................................................................... 2.2. - GEOLOGIA DA BACIA DO PARAN ........................................................................................ 2.2.1 - Aspectos Geomorfolgicos ............................................................................................................. 2.2.2 - Litologia .......................................................................................................................................... 2.2.3 - Aspectos Tectnicos........................................................................................................................ 2.2.4 - Fundaes das Barragens de Itumbiara, Porto Colombia e Itaipu ................................................... 2.3 - TRATAMENTO DE FUNDAES POR INJEO E DRENAGEM .................................................... 2.3.1 - O Exemplo de Itaipu........................................................................................................................ 2.4 - INJEO OU DRENAGEM? ........................................................................................................ 3 - ENSAIO DE PERDA DGUA SOB PRESSO........................................................................ 3.1 - HISTRICO.................................................................................................................................... 3.2 - RECOMENDAES SOBRE OS EQUIPAMENTOS DE ENSAIO............................................ 3.3 - PROCEDIMENTOS DE EXECUO DO ENSAIO .................................................................... 3.4 - CRITRIOS DE PRESSO OPERACIONAL DO ENSAIO (Pm) ............................................... 3.5 - PRESSO EFETIVA DE ENSAIO (Pe) ........................................................................................ 3.6 - CLCULO DO ENSAIO DE PERDA D'GUA ESPECFICA (PE)............................................ 3.7 - PERDA DE CARGA NA TUBULAO DE ENSAIO................................................................. 3.7.1 - Dimetros dos Equipamentos de Sondagens ................................................................................... 3.7.2 - Critrios Recomendados para Avaliao da Perda de Carga........................................................... 3.7.2.1 - Perda de carga na tubulao de ensaio - bacos aplicados em Itaipu ............................................. 3.7.2.2 - Critrios de perda de carga proposto por Corra Filho.................................................................... 3.7.3 - Anlise Comparativa ....................................................................................................................... 4 - CLCULO DA PERMEABILIDADE (K) A PARTIR DOS ENSAIOS (PE) ........................ 4.1 - COMPORTAMENTO DO FLUXO NO TRECHO ENSAIADO................................................... 5 - MODELO PARA DETERMINAO DA VAZO PELA FUNDAO .............................. 5.1 - CRITRIO PROPOSTO PARA ESTIMAR A VAZO ................................................................ 5.2 - ROTEIRO PARA DETERMINAR A VAZO DE INFILTRAO ............................................ 6 - ESTUDO DE CASO - BARRAGEM DE ITAIPU ..................................................................... 6.1 - OBJETO DO ESTUDO DE CASO................................................................................................. 6.2 - CARACTERSTICAS DA GEOLOGIA NA REGIO DE ITAIPU ............................................. 6.2.1 - Geologia do Macio Rochoso da Fundao .................................................................................... 6.2.2 - Condutividade Hidrulica da Fundao .......................................................................................... 6.3 - DETERMINAO DA VAZO - APLICAO DO ROTEIRO ................................................ 6.3.1 - Definio da Estrutura do Estudo de Caso ...................................................................................... 6.3.2 - Anlise dos Ensaios de Perda d'gua Especfica ............................................................................. 6.3.3 - Definio dos Horizontes Permeveis da Fundao........................................................................ 6.3.4 - Permeabilidade Adotada.................................................................................................................. 6.3.5 - Determinao do Gradiente Hidrulico ........................................................................................... 6.3.6 - Vazo Estimada pelo Critrio Proposto .......................................................................................... 6.4 - COMPARAO COM OUTROS CRITRIOS ............................................................................ 7 - DISCUSSES E CONCLUSES ............................................................................................... 7.1 - DISCUSSES................................................................................................................................. 7.2 - CONCLUSES............................................................................................................................... 7.3 - RECOMENDAES ..................................................................................................................... REFERNCIAS ........................................................................................................................................... xi v vi vii viii ix x xi 1 8 8 9 9 11 13 15 16 17 20 27 27 31 35 38 40 43 43 44 45 45 49 51 54 56 61 61 62 66 66 67 67 69 70 70 73 74 77 79 80 84 87 87 88 90 91

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INTRODUO

A experincia tem mostrado que a vazo constitui, em muitos casos, uma das grandezas de engenharia mais importantes na avaliao das condies de segurana das estruturas hidrulicas e de suas fundaes. O monitoramento dessa grandeza representa um dos mtodos de observao das estruturas, no que se refere comprovar a validade das hipteses de projeto, visando a avaliao de suas condies de segurana. Isso se deve ao fato da vazo expressar de forma rpida qualquer anomalia, tanto nas estruturas de concreto e terra, como nas fundaes. A ocorrncia de vazo sbita em estruturas hidrulicas provoca desconforto e preocupaes entre os tcnicos responsveis pela segurana do empreendimento, por no poderem responder, prontamente, s seguintes indagaes: a) qual a origem da gua de surgncia? ; b) a vazo de infiltrao compatvel com as hipteses admitidas nos clculos de projeto? ; c) quais as providncias a serem tomadas?

Esta dissertao limita-se a responder segunda indagao, ao apresentar o critrio para determinao de vazes pela fundao de barragens, as quais representaro as guas que se esperam que percolem pela fundao da barragem. Prope-se que esses valores podero ser utilizados como controle da instrumentao de segurana das estruturas civis da barragem.

Na anlise das vazes de infiltraes, os tcnicos podem ser conduzidos a uma situao de falsa segurana, pois os valores, geralmente conservadores, previstos na fase de projeto podero superar em muito os valores medidos. Assim, os acrscimos localizados de vazes que poderiam representar sinais de alerta, por serem geradores de situaes mais graves ou at mesmo fora de controle, muitas vezes recebem pouca importncia na anlise de desempenho das estruturas.

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Preocupado em melhor atender s necessidades do monitoramento civil de estruturas hidrulicas, prope-se com este trabalho a adoo de um critrio novo, por intermdio do qual sero buscados valores mais prximos daqueles que expressam um comportamento normal das infiltraes. Tal critrio leva em considerao o comportamento do macio rochoso frente percolao de gua pelas fissuras das rochas de fundao do empreendimento hidreltrico. O critrio proposto aplica-se a um estudo de caso, visto que ser desenvolvida uma retroanlise dos resultados de ensaios de perda dgua, executados em grande nmero durante as investigaes geolgicas e execuo dos tratamentos de fundao das obras hidrulicas, especialmente na barragem de Itaipu.

Em conseqncia do acidente da Barragem da Pampulha, em maio de 1954, a prefeitura de Belo Horizonte/MG patrocinou a publicao do livro RUPTURA DA BARRAGEM DA PAMPULHA, elaborado pelo IPT, com o objetivo de se conhecer profundamente a relao causa efeito desse acidente. Na elaborao deste documento tcnico, VARGAS et all (1955) estabeleceram a classificao de quatro tipos ou grupos de rupturas de barragem:

a) rupturas estruturais ocorridas por se terem ultrapassadas as resistncias dos materiais da fundao e do corpo da barragem; b) rupturas hidrulicas ocorridas por excesso de foras resultantes da percolao da gua que venham a produzir condies desfavorveis para a estabilidade, ou permitir intensas eroses; c) rupturas por galgamento da crista devido s condies hidrolgicas no previstas nos estudos de projeto ou por falhas na operao de vertedouros. d) acidentes de construo referentes aos casos de rupturas isolados que no podem ser sistematizados, pois referem-se mais aos defeitos de construo do que devido a aspectos de clculo.

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Nessa poca, o superintendente do IPT, engenheiro Francisco Joo MAFFEI, ao elaborar o prefcio do livro de VARGAS escreveu que, se h um pas onde a tcnica de construo de barragens precisa ser desenvolvida, esse pas o Brasil. Pode-se dizer que o desafio proposto por MAFFEI foi importante para o desenvolvimento da Engenharia, gerando vrias aes como descritas a seguir

Em meados da dcada de 50 e incio da dcada de 60, o Brasil intensificou a construo de hidreltricas, sendo as barragens de grande porte concludas at a dcada de 1980. Essas obras formaram a base da matriz energtica atual do pas.

Nesse perodo, conforme relatado por AZEVEDO (1993), a engenharia brasileira teve de construir, em curto espao de tempo, grande nmero de barragens de concreto de gravidade, tipo macia, assentadas em basalto, o que propiciou ao meio tcnico nacional grande experincia em tratamento de fundaes e anlise de subpresses nesse tipo de rocha, experincia traduzida por importantes trabalhos tcnicos.

Um dos importantes trabalhos publicados para consolidar essa experincia foi o cadastro geotcnico de barragens da Bacia do Rio Paran. Na apresentao desse acervo tcnico, SIGNER (1983) j considerava oportuna essa ocasio para reflexes, anlises e sntese da experincia adquirida pela geotecnia brasileira aps a construo de mais de trinta Usinas Hidreltricas. O cadastro produzido contm os aspectos mais relevantes do ponto de vista de projeto e constituiu-se em uma grande fonte de dados de projetos e diversos problemas de execuo de obras com caractersticas geotcnicas ou fsicas bastante semelhantes.

Dando continuidade esse esforo de consolidar o conhecimento adquirido pelas empresas brasileiras, o engenheiro SILVEIRA (1996), coordenador da Comisso de Auscultao e Instrumentao de Barragens, apresentou um trabalho abordando e

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historiando a experincia brasileira nessa rea da engenharia. Esse documento consubstanciava a experincia de trs dcadas de execuo de um significativo nmero de hidreltricas de grande porte e o acmulo de um vasto acervo de dados dessa rea. O trabalho apresentou o cadastramento de mais de cem obras instrumentadas, sendo finalizado com a apresentao de diretrizes para a inspeo visual de barragens.

Outro esforo nesse sentido ocorreu atravs do Ncleo Regional de So Paulo do Comit Brasileiro de Barragens - CBDB, com a criao da Comisso Regional de Segurana de Barragens, que estabeleceu entre suas metas prioritrias o levantamento da situao da segurana de barragens no Estado de So Paulo, visando a elaborao de um GUIA BSICO DE SEGURANA DE BARRAGENS. A publicao desse guia pelo CBDB (2001) constituiu mais uma etapa vencida para consolidar o desenvolvimento da engenharia brasileira na rea de segurana de barragens e possibilitou aos profissionais acesso s informaes mais recentes e, principalmente, definio de requisitos e recomendaes mnimas a serem seguidos em estudos relativos a segurana das estruturas, segundo critrios uniformes e coerentes com o atual estgio do conhecimento. Assim, procurou-se atravs desse guia atingir os seguintes objetivos: a) definir requisitos mnimos de segurana; b) uniformizar os critrios empregados; c) permitir superviso consistente da segurana de barragens, de modo a conduzir execuo de melhorias que contribuam para aumentar a confiabilidade da mesma e permitam melhor avaliao do desempenho das estruturas; d) fornecer uma base para a legislao e regulamentao da segurana de barragens, em mbito nacional. Um sonho a ser alcanado.

Dando continuidade consolidao desses conhecimentos, a ELETROBRS (2001) formou um grupo de profissionais, ainda atuantes no setor eltrico, do qual o

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autor um dos colaboradores, para elaborar um documento de critrios de projeto civil de usinas hidreltricas. Esse documento encontra-se com a minuta em reviso, e tem como objetivo preservar a memria do setor eltrico, adquirida ao longo dos ltimos 50 anos. Com esse documento pretende-se garantir no futuro o padro de qualidade dos projetos hidreltricos, buscando perpetuar o conhecimento tcnico da engenharia brasileira, adquirido nas ltimas cinco dcadas em projetos, construo e controle de barragens. Assim, procurou-se apresentar o desenvolvimento de projeto de usinas em todas as suas etapas, visando fixar as condies exigveis para a verificao da segurana das estruturas, estabelecer definies, normas e critrios de quantificao das aes atuantes nas estruturas, bem como definir os ensaios de caracterizao e propriedades dos materiais, principalmente de resistncia. A incorporao dessas exigncias nos projetos tem por finalidade garantir a mxima eficincia, durabilidade e confiabilidade das estruturas, as quais garantem a integridade do reservatrio, primeiro elemento da cadeia de gerao da energia eltrica.

Em julho de 2001, o Ncleo Regional do Estado de So Paulo do CBDB (2001) promoveu o SIMPSIO DE RISCOS ASSOCIADOS BARRAGENS onde o jurista POMPEU(2001) abordou com muita clareza o fato de que se no houvesse risco no haveria preocupao com a segurana da barragem, em tema sobre os aspectos desse campo da engenharia. Ainda nesse evento, SILVEIRA (2001), buscou sensibilizar os participantes para a importncia do controle das condies de segurana das barragens, porque no caso de acidente, as conseqncias muitas vezes so catastrficas, em termos perda de vidas humanas, materiais e danos ao meio ambiente.

Mais recentemente, em novembro de 2001, durante o XXIV Seminrio Nacional de Grandes Barragens (SNGB) em Fortaleza, observou-se grande preocupao e esforo da comunidade tcnica para a criao de normas de regulamentao de segurana de barragens, as quais constituiriam um projeto de lei, que submetido ao Congresso Nacional se transformasse em lei. Esses esforos vm

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sendo intensificados, mais recentemente, em vista da tendncia nacional de privatizao dos empreendimentos hidreltricos em operao e de novas concesses de usinas, necessrias para garantir o aumento da matriz energtica do Brasil.

O debate de temas como esses evidencia a preocupao do CBDB com o estado limite de servicibilidade das obras construdas. Ou seja, preocupa-se com o estado limite de servio dos empreendimentos, onde a estrutura hidrulica deve apresentar comportamento aceitvel quanto ao seu estado de deformao, fissurao e permeabilidade.

Diante do cenrio exposto acima, o controle de vazes de infiltrao torna-se fundamental para a anlise de desempenho de uma estrutura hidrulica. Essa grandeza de engenharia evidencia de forma rpida, possveis anomalias pela fundao da estrutura. A simples comparao dos valores medidos com os previstos na fase de projeto, por critrios conhecidos como de Lugeon e de Pautre descritos no item 6.4, ou ainda, com os valores obtidos pelo critrio proposto nesta dissertao, permitir aos tcnicos responsveis pela segurana da barragem avaliar a urgncia e a classe de interveno.

No projeto de uma barragem, a subpresso atuante em descontinuidades da fundao e no contato concreto/rocha amplamente avaliada na verificao da estabilidade do bloco. Pouca importncia dada vazo, at mesmo porque o projeto adota na avaliao da estabilidade, critrios de subpresso recomendado pelo Bureau of Reclamation (USBR), que leva em considerao a carga hidrulica do reservatrio e a posio da cortina de drenagem com drenos operantes, como descrito no item 2.4. ELETROBRS (2001) recomenda a verificao de estabilidade do bloco com drenos inoperantes, onde a subpresso variar linearmente entre as cargas hidrostticas de montante e jusante, desprezando-se o efeito da cortina de drenagem.

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Dessa forma, a elaborao do critrio proposto nesta dissertao para determinao de vazes mais prximas da realidade, constitui um recurso adicional disposio dos tcnicos de segurana da barragem, visando subsidiar a anlise do desempenho das estrutura.

Na primeira parte deste trabalho (captulo 2), apresenta-se uma reviso bibliogrfica, com destaque para a geologia da Bacia do Rio Paran, incluindo a descrio da litologia, aspectos geomorfolgicos e tectnicos dessa formao geolgica que constitui a fundao de quarenta e uma barragens da regio sul do Brasil. Ainda neste captulo, apresentam-se trs dessas barragens, com descrio das caractersticas de suas fundaes, fazendo-se uma abordagem sobre drenagem e tratamento do macio rochoso por injeo de cimento.

Gil(1991) recomenda que no estudo de caso importante indicar a forma de coleta dos dados, e por essa razo, no captulo 3 apresentam-se as instrues necessrias para a execuo do ensaio de perda d'gua, compreendendo desde a seqncia de procedimentos de campo e processamento de clculo do ensaio. O captulo 4 indica a forma de converso desses resultados em permeabilidade da rocha. No captulo 5 desenvolve-se o critrio de determinao da vazo, sendo apresentado no captulo 6, o estudo de caso para as fundaes da Estrutura de Desvio da barragem de Itaipu. Nesse captulo, procede-se a um estudo comparativo entre o valor da vazo estimada pelo critrio proposto com outros critrios utilizados para prever vazes pelas fundaes da barragem. Sugere-se que a vazo estimada pelo critrio proposto represente a vazo normal de gua que se espera que percole pela fundao da barragem, a qual poder ser utilizada como referncia para o controle dessa grandeza.

Finalmente, no captulo 7 apresentam-se as discusses e concluses e encerra-se com a indicao de continuidade de pesquisa, sugerindo a aplicao do critrio, ora proposto, em outras barragens, para avaliar o custo benefcio de um tratamento da fundao sofisticado e oneroso em relao outro mais simples.

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2. REVISO BIBLIOGRFICA

Neste captulo apresentam-se os aspectos geolgicos de caracterizao das ocorrncias de derrames baslticos com idade aproximada de 140 milhes de anos, incluindo uma abordagem sobre o tratamento dessas rochas de assentamento de 41 importantes barragens da regio centro-sul do Brasil.

2.1 TEMPO GEOLGICO Segundo ALMEIDA e RIBEIRO (1998), a idade relativa da terra pode ser obtida observando-se as marcas dos eventos nela registrados e pela ordem natural de superposio das camadas de sedimentares e de fsseis. Os autores apresentam a figura 1, onde a coluna estratigrfica foi estabelecida considerando os eventos maiores da histria geolgica, como as etapas da evoluo da vida e soerguimento das grandes cadeias de montanha. Para referncia, considera-se que a Terra surgiu h 4500 milhes de anos e, embora seja incerta, aceita-se a idade do universo de 15.000 milhes de anos.FIGURA 1 - ESCALA DE TEMPOS GEOLGICOS

FONTE: ALMEIDA e RIBEIRO (1998)

9

2.2 GEOLOGIA DA BACIA DO ALTO PARAN BARTORELLI(1983) descreve a geologia geral das barragens da Bacia do Rio Paran, abrangendo os aspectos relativos ao relevo, litologia, tectonismo e condicionantes geolgico-geotcnicos relevantes.

A bacia hidrogrfica do Rio Paran abrange uma rea, em territrio brasileiro, superior a um milho de km2 e eqivale, de modo aproximado, rea da bacia sedimentar homnima, a qual assim se caracterizou desde o perodo Devoniano at o fim do Mesozico. A bacia sedimentar resulta do movimento crustal caracterizado pelo afundamento da superfcie slida da terra em relao a reas circunvizinhas.

Esse

comportamento

tectnico

propiciou

condies

favorveis

a

sedimentao em ambientes os mais diversificados, envolvendo depsitos marinhos, estuarinos, lacustres, glaciais, desrticos e fluviais recobertos, em grande parte, pelo espesso pacote vulcnico representado pelas rochas baslticas da Formao Serra Geral. Esses materiais correspondem unidade geolgica de maior importncia para projetos de Engenharia nessa rea.

2.2.1

Aspectos Geomorfolgicos Sob o ponto de vista fisiogrfico, a Bacia do Rio Paran drena,

essencialmente, uma extensa rea planltica, variando desde a cota 2.000 metros sobre o nvel do mar (msnm) nas cabeceiras orientais, at 100 msnm no mdio curso do rio Paran, na fronteira do Brasil com o Paraguay e Argentina.

As diferenas mais marcantes das feies geomorfolgicas, hidrogrficas, de relevo e vegetao permitiram dividir o planalto basltico do Paran em duas unidades principais, uma representada pela Bacia do Alto do Paran ao norte, e outra meridional, subdividida em Planalto das Araucrias na regio leste do Estado e Zona das Misses na poro oeste, como mostrado na figura 2.

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FIGURA 2 MAPA DO PARAN E REA DE MATAS DE ARAUCRIA

FONTE: PGINA DA ARAUCRIA, DISPONVEL NA INTERNERT (2003)

A Bacia do Alto do Paran caracteriza-se por apresentar uma cobertura sedimentar mesozica generalizada, representada pelos arenitos do Grupo Bauru, os quais incluem a Formao Caiu. O relevo suavisado, com vales pouco encaixados, sendo que os grandes rios possuem seus leitos j escavados sobre o substrato basltico. Essa unidade geomorfolgica setentrional encontra-se naturalmente limitada com a unidade ao sul pelo fim de ocorrncia dos sedimentos supra-baslticos, incio das matas de Araucria, e pelas cataratas das Sete Quedas, que dividiam o alto e o mdio curso do Rio Paran. Na regio da Bacia do Alto do Paran distinguem-se duas subunidades, uma representada pelas cuestas baslticas marginais e outra representada pelos planaltos sedimentares da parte central da bacia, onde o terreno natural apresenta-se variando entre as altitudes de 200 a 800 m em relao ao nvel do mar.

Na Bacia do mdio Paran, ao sul de Sete Quedas, o Planalto das Araucrias atinge freqentemente altitudes superiores a 600 m, possuindo relevo acidentado, com vales bastante encaixados, enquanto a zona das Misses mais suave e as altitudes vo decrescendo progressivamente at a altitude de 100 msnm, em direo Bacia Pampeana.

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A cobertura cenozica, por sua vez, muito mais evidente na Bacia do Alto Paran, onde o nvel de base local, representado antigamente pelos Saltos das Sete Quedas, barrou a migrao dos aluvies, os quais originaram extensas plancies e terraos cenozicos, com significativa expresso morfolgica nos vales do Rio Paran e seus afluentes a montante de Sete Quedas. Essa situao marcante na rea de Guara, onde depsitos aluviais recentes e de terrao atingem vrios quilmetros de largura logo a montante das Sete Quedas, praticamente no existindo a partir desse local, onde o Rio Paran precipitava-se num estreito canyon com menos de 100 m de largura. Em 1982, esse "Canyon" ficou submerso pelas guas do reservatrio da Usina de Itaipu.

2.2.2

Litologia

Com interesse para obras de engenharia, sob o ponto de vista litolgico, merecem citao apenas as rochas das camadas que capeiam a seqncia sedimentar paleozica e mesozica mdia - superior, constitudas pelos basaltos com gnese no perodo Jurssico e Cretceo mdio e superior da Formao Serra Geral, e arenitos do Grupo Bauru correspondente ao cretceo mdio e superior. BARTORELLI (1983, p.13) considerou os depsitos coluvionares e aluvionares cenozicos importantes e bastante freqentes nas fundaes de obras de engenharia.

As rochas baslticas constituem o substrato formado pelas seqncias sedimentares mais novas e, praticamente, nesse substrato que se apoiam as grandes estruturas de concreto de barragens na Bacia do Paran. Este embasamento caracteriza-se por seqncias de sucessivos derrames de lava com espessuras individuais variando de 10 metros a vrias dezenas de metros acumulando espessura mdia de at 1.600 metros. Exemplo a regio central da Bacia, onde a Usina de Capivara localizada no Rio Paranapanema a 60 km de Presidente Prudente no estado de So Paulo, a espessura mdia das camadas de basalto atinge 900 metros, como foi

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registrado por BARTORELLI (1983, p.122). J na regio de Ciudad Del Este, no Paraguai, a perfurao de um poo artesiano indicou a espessura do basalto de 430 metros abaixo do terreno natural, quando atingiu o arenito situado abaixo do basalto na profundidade correspondente cota -230 metros em relao ao nvel do mar.

Cada derrame de lava caracterizado por forte diaclasamento horizontal na base, realado pelas estruturas de fluxo, o qual cede lugar, no corpo do derrame, ao diaclasamento vertical que pode chegar a isolar blocos de rocha de estrutura macia e textura microcristalina (denso). No topo, os derrames mostram incipiente diaclasamento horizontal e carcterizam-se por apresentar inmeras vesculas e/ou amgdalas preenchidas por diversos minerais como quartzo, calcita, zeolitas, argilominerais, etc. Geralmente ocorrem camadas de brechas aglomerticas que podem atingir 10 metros ou mais de espessura, sendo freqente sua utilizao para fechamento de grandes rios e, tambm, empregadas na construo de enrocamento, devido sua resistncia e tamanho dos blocos.

De maneira geral, os basaltos constituem fundaes de boa qualidade para grandes estruturas de concreto. As maiores descontinuidades que apresentam so quase sempre horizontais e quando interferem com a segurana de obras, os problemas so resolvidos, em grande parte das vezes, por rebaixamento das cotas de escavao das fundaes ou por substituio do material fraco das descontinuidades por outro de propriedades mecnicas adequadas ao projeto. Um exemplo do ltimo caso citado ocorreu com o reforo das fundaes de Itaipu, na regio do leito do Rio Paran, onde o contato entre dois derrames posicionado 20 m abaixo da fundao apresentava-se com preenchimento de argila e seus parmetros de coeso e atrito no atendiam aos clculos de estabilidade do bloco de concreto da barragem. A soluo nesse caso foi a abertura de tneis com seo de 3,5 x 2,5m de altura escavados ao longo do contato frgil, os quais foram preenchidos com concreto em substituio ao material de resistncia inadequada. Esse tratamento de fundao foi denominado de "Chavetas", as quais correspondem aos tneis preenchidos de concreto que substituram o material mais fraco da fundao. PORTO et all (1999) registraram o desempenho desse tratamento, 17 anos aps o enchimento do lago de Itaipu.

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Os depsitos coluviais so constitudos principalmente por argilas arenosas e siltosas, muitas vezes com nveis de cascalho na base, e possuem colorao tpica marrom-avermelhada escura. Nas reas de cobertura arentica a percentagem de areia chega a oscilar em torno de 50%. Segundo BARTORRELI (1983, p.13), os colvios prestam-se muito bem utilizao como material de emprstimo devido ao seu excelente comportamento quando submetidos aos processos de compactao.

2.2.3

Aspectos Tectnicos A Bacia do Paran foi afetada mais intensamente por tectonismo, durante a

reativao dos perodos Jurssico e Cretceo, responsveis por extensos fraturamentos da crosta que permitiram o acesso de grande volume de lavas baslticas provenientes do manto superior do ncleo da terra. Dessa maneira originaram-se extensas camadas de derrame fissural definido por ALMEIDA e RIBEIRO (1998, p.26), como resultante do extravasamento da lava por meio de uma rede de fraturas na superfcie terrestre.

caracterizada, assim, sob o ponto de vista estrutural, por grandes alinhamentos transversais ao eixo da bacia, orientados dominantemente para noroeste e oeste-noroeste, os quais se estendem por vrias centenas de quilmetros e ocupam faixas com 20 at 100 km de largura. Os alinhamentos ocupam faixas coincidentes com os vales de alguns grandes afluentes do Rio Paran pela margem esquerda, como os dos rios Iguau, Piquir, Paranapanema, Tiete, Grande e outros, alm do prprio rio Uruguai que forma uma bacia praticamente independente, conforme indicado por BARTORELLI (1983, p.14).

Quanto aos fenmenos de sismicidade induzida, caso venham a ocorrer, provvel que os mesmos apresentem epicentro, com maior freqncia, em reas de reservatrios localizados ao longo da direo de fraqueza crustal. ANDE e ELETROBRS (1974) registraram que em vrias partes do mundo, inclusive no Brasil, tem ocorrido sismos induzidos por reservatrio. A formao do lago pode alterar as condies estticas da rocha de duas maneiras. Uma mecnica devida

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massa de gua e outra hidrulica devida s infiltraes de guas subterrneas em camadas mais profundas. A combinao dessas duas foras podem gerar distrbios tectnicos, caso ocorra em regio de descontinuidades e falhas maiores.

Na figura 3, mostram-se as reas de ocorrncia de derrames baslticos da Bacia do Rio Paran com localizao de quarenta barragens da regio sul do Brasil e a barragem de Yacyret localizada no Paraguay. Nessa bacia foram demarcadas as formaes geolgicas dos derrames de basalto, abrangendo a regio sul do Brasil, parte leste do Paraguai e a poro setentrional da Argentina. Vrias barragens da Cemig, Cesp e Copel encontram-se assentadas nesses derrames de basalto.FIGURA 3 MAPA DA BACIA DO PARAN E REA DE OCORRNCIA DE DERRAMES BASLTICOS

FONTE: CBDB (2000) e NAKAO (1983)

15

2.2.4

Fundaes das Barragens de Itumbiara, Porto Colmbia e Itaipu NAKAO (1983), descrevendo uma sntese das percolaes pela fundaes

das barragens de terra de Itumbiara, Porto Colmbia e Itaipu, apresentou o perfil estratificado com as caractersticas das camadas de cobertura, as quais resultam em produto de intemperizao in situ do basalto, sobre o macio rochoso matriz. A transio entre essas duas unidades geolgicas se faz com a variao gradual nas propriedades fsicas, qumicas, mecnicas e hidrogeotcnicas, constituindo o solo alterado do basalto, denominado de saprolito na rea do projeto de Itaipu. Esse solo est caracterizado pela ABNT (1980) como um solo de alterao de rocha, por ser proveniente da desintegrao, "in situ", da rocha matriz de basalto por agentes de intemprie, tanto fsico como vento, calor e presso, como qumicos pela presena de guas de chuvas e de percolao.

Um perfil dessa regio apresenta do topo para a base, os seguintes estratos: a) a camada de solo superficial, que se caracteriza por sua homogeneidade, colorao avermelhada a marrom escura, porosidade elevada, baixa resistncia penetrao SPT e altos valores de limite de liquidez. Na base dessa camada superficial ocorrem, em geral, nveis de concrees limonticas, pedregulhos e cascalhos arredondados de quartzo e calcednia; b) subjacente camada homognea segue-se o material saproltico de basalto, com cores variveis, predominando a cinza e amarela, com vestgios da rocha matriz cada vez mais ntidos com a profundidade, destacando-se fraturas antigas bastante visveis por onde se faz a percolao da gua subterrnea. As percolaes preferenciais se fazem na base dessa camada saproltica, onde o basalto se apresenta fraturado e com alterao pronunciada ao longo das paredes das fraturas. Os ensaios de perda dgua nessa camada apresentam, em geral, perdas elevadas ou totais da gua de ensaio;

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c) o macio rochoso imediatamente subjacente pouco permevel e altamente resistente, apesar das juntas-falhas e microfissuras freqentes. Entretanto, essas caractersticas podem sofrer mudanas bruscas pela presena de camadas de brechas, arenitos intertrapeanos, basalto vesicular ou amigdaloidal e basalto desagregvel.

2.3 TRATAMENTOS DE FUNDAES POR INJEO E DRENAGEM LORENZ e VAZ (1998, p.361) registraram a necessidade de melhoria ou reforo das caractersticas originais de um macio geolgico, aplicando um tratamento atravs do qual sejam melhoradas as propriedades mecnicas e hidrulicas da rocha de forma a adequ-la s solicitaes impostas por uma obra de engenharia.

Os critrios de projeto civil em fase de emisso pela ELETROBRS (2001) recomendaram o melhoramento das propriedades do macio em seus aspectos de resistncia, deformabilidade e permeabilidade atravs da execuo de tratamento do macio com injeo profunda, para eliminar zonas de grande concentrao de fluxo e um sistema de drenagem eficiente. A reduo da permeabilidade no tem efeito direto na estabilidade, mas contribui para a diminuio do fluxo afluente ao sistema de drenagem, no havendo necessidade do projeto contemplar impermeabilizao absoluta da rocha. Essa proposta da Eletrobrs representa os procedimentos aplicados nas construes das barragens do Brasil, sendo mencionado pelo seu carter regulamentador, assegurando a sua aplicao nos projetos civis de barragens a serem desenvolvidos pelos consrcios privados, hoje responsveis pelo crescimento da matriz energtica brasileira, em vista do processo de privatizao, ora em andamento.

BIRINDELLI (1987) tambm registrou que a implantao de obras que acarretam alteraes nas solicitaes atuantes nos macios rochosos e, por outro lado, a necessidade de um funcionamento adequado e seguro das estruturas, exige uma interveno para melhorar suas caractersticas de suporte, estanqueidade e permeabilidade.

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No que se refere hidrogeotecnia, esses tratamentos da rocha se resumem, basicamente, em dois tipos: cortina de injeo e drenagem. Geralmente, as injees constituem-se de uma ou mais linhas de furos dispostos ao longo do p de montante da barragem, igualmente espaados e injetados com calda de cimento. Menos comum a utilizao de outros materiais como resina orgnica, devido ao alto custo dos produtos qumicos. Um exemplo de aplicao de resina foi registrado por BARBI (1991), em que essa resina foi utilizada no tratamento do concreto de alta permeabilidade da Casa de Fora de Itaipu. De modo geral, quando o tratamento por injeo de cimento no reduz a permeabilidade aos nveis indicados pelo projeto, utiliza-se uma calda de injeo com mais de um tipo de material. Nesse caso, primeiro injeta-se a calda de cimento, e em seguida a resina orgnica, que somente ser aplicada no final do processo de injeo, visando minimizar o consumo do produto de maior custo. A resina preenche as microfissuras do meio tratado, reduzindo sua permeabilidade a valores inferiores a 10-6 cm/s, como indicado por LORENZ e VAZ (1998, p.368).

CASAGRANDE(1961) considerou a importncia de se investigarem as injees constitudas de uma linha de furos, as quais podem no ser confiveis. Atualmente so mais executados tratamentos com cortinas profundas compostas de mais de uma linha de furos, injees rasas de colagem do contato concreto/rocha e injees de consolidao da poro superior do macio, que geralmente se apresentam com fraturas de alvio em vista dos abalos provocados pelos fogos de escavao.

2.3.1

O Exemplo de Itaipu As estruturas de Itaipu esto apoiadas sobre os derrames baslticos da Bacia

do Alto Paran pertencentes Formao Serra Geral, de idade jurssica. Os derrames so bastante uniformes, variando de um basalto cinzento no corpo do derrame, a uma rocha vesicular, amigdaloidal e brechosa, nas zonas de transio da poro superior. As principais caractersticas desses derrames na regio de Itaipu so:

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a) camadas praticamente horizontais com espessura variando entre 20 m e 60 m, tendo o basalto denso do corpo do derrame E = 20.000 MPa; b) camadas de brecha posicionadas entre os derrames, apresentando-se heterogneas, mais fracas, e mais deformveis (E = 7.000 a 10.000 MPa), apresentando permeabilidade bem superior do basalto (ver figura 26); c) descontinuidades localizadas em planos paralelos aos derrames, normalmente posicionadas prximas ao topo dos derrames ou na base do basalto amigdaloidal.

O tratamento das fundaes de Itaipu consistiu basicamente em uma cortina de injeo profunda, executada ao longo do p de montante da barragem, utilizando 3 linhas de furos verticais. O tratamento raso da fundao aplicou injees de consolidao e colagem. A figura 4 ilustra os esquemas de injeo aplicados em Itaipu, onde o detalhe X permite observar a existncia de trs linhas de injeo profunda executadas para o tratamento da rocha.FIGURA 4 - ITAIPU - CORTINA DE INJEO NA OMBREIRA DIREITA

34m

El. 99

El. 00

FONTE: GOMBOSSY (1981)

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Os procedimentos de execuo das injees em Itaipu foram indicados pela IECO/ELC (1997), tendo a cortina profunda 3 linhas de furos, sendo obrigatria a execuo dos furos primrios e secundrios das linhas externas e eventual, os furos de ordem terciria da linha central. Os furos primrios e secundrios esto espaados de 3 metros entre si, tanto na linha de jusante como de montante. Nos locais com absoro de cimento superior a 12,5 kgf/m, executaram-se furos de ordem superior na linha central, utilizando o critrio de "split spacing", que reduz o espaamento entre os furos tercirios e quaternrios pela metade, resultando em 1,5 metro a distncia entre furos na linha central. A profundidade das cortinas de injeo e drenagem foi governada, essencialmente, pelas caractersticas do macio basltico de fundao, sempre atingindo os nveis mais permeveis das descontinuidades e contatos entre derrames.

No caso do basalto, o tratamento da rocha por injees importante para reduzir a permeabilidade atravs do preenchimento das zonas de fraturas ou descontinuidades presentes nesse tipo de rocha, caracterizada por planos subhorizontais, geralmente de grandes extenses.

A eficincia dessa cortina fundamental para garantir melhorias fsicas e hidrulicas da rocha tratada, reduzindo o afluxo de guas de infiltrao para o sistema de drenagem.

As cortinas de drenagem so constitudas de furos igualmente espaados e dispostos logo a jusante da cortina de injeo profunda, com o objetivo de drenar as guas que fluem atravs do macio e aliviar as subpresses impostas pela carga hidrulica do reservatrio.

A figura 5 mostra o arranjo das cortinas de injeo e drenagem na regio do leito do rio da barragem de Itaipu.

20FIGURA 5 - ARRANJO DAS CORTINAS DE INJEO E DRENAGEM NA REGIO DO LEITO DO RIO

DIMENSES INDICADAS EM METRO

FONTE: PORTO (2001)

2.4 INJEO OU DRENAGEM? Durante a conferncia A primeira leitura de Rankine, realizada para a Sociedade Britnica de Mecnica de Solos e Fundaes, CASAGRANDE (1961) demonstrou que o sistema de drenagem sempre mais eficiente para reduzir as subpresses, quando comparado com cortinas de injees executadas para tratamento das fundaes de barragens.

Nessa conferncia, ele registrou o seu parecer respeito do comportamento de engenheiros, at de renome, ao dizerem-lhe que nos seus projetos, nunca consideravam o efeito da cortina de injeo no dimensionamento da subpresso e, na

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realidade, contavam somente com a drenagem, porm relutavam em defender essa posio em pblico. Na verdade, os defensores das injees respeitam o tratamento de rocha por injeo de cimento como se fosse um dogma.

Nesse evento CASAGRANDE estabeleceu um marco nos conceitos de tratamento de rocha de fundao, ao abrir um debate onde ele defendia, claramente, apenas o uso de drenos para controle da subpresso. Esse procedimento ia contra uma filosofia de 160 anos de uso de cortinas de injeo e uma prtica estabelecida empiricamente e adotada pelos tcnicos da poca. A barragem Dieppe na Frana, em 1802, foi a primeira a tratar suas fundaes por injeo de cimento.

Como definido por ANDRADE(1982), essa afirmao do Prof Casagrande fundamentava-se na sua conscincia de homem prtico, objetivo, que persistia sustentando uma experincia que lhe dava suporte para enfrentar dogmas estabelecidos no meio tcnico. Naquela poca era comum o uso de uma cortina de injeo seguida por uma linha de drenos distando do paramento de montante, aproximadamente, 10% da largura da base da barragem. Essa prtica admitia diagramas de subpresso recomendadas pelo Bureau of Reclamation (USBR), Corps of Engineers e Tennessee Valley Authority (TVA), como mostrado por ANDRADE (1982, p.65).

O Corps of Engineers recomendava a cortina de vedao prxima ao paramento de montante e profundidade at a camada impermevel.

As hipteses de subpresso recomendadas para as barragens do Tennessee Valley Authority(TVA) admitem a eficincia da cortina de injees, que dever ter profundidade aproximadamente de 1/3 da carga hidrulica de montante, e recomendam, uma linha de drenos com espaamento inferior ou igual a trs metros entre furos e profundidade da linha de injeo. Apesar do TVA admitir a eficincia da cortina de injeo, o seu critrio de subpresso mais conservador e expressa que a

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intensidade de presso na linha de drenos pode atingir 50% da diferena de carga hidrosttica entre o nvel do reservatrio e o topo da fundao a jusante da barragem, nos casos com nveis de jusante baixos. Se ocorrer nvel d'gua alto a jusante, o critrio de subpresso do TVA menos conservador e admite na linha de drenos a carga hidrulica inferior a 25% da diferena de carga hidrosttica entre o nvel do reservatrio e de jusante, como mostrado na figura 6.FIGURA 6 - CRITRIOS DE SUBPRESSO DO TVA

FONTE: ANDRADE (1982)

O Bureau of Reclamation(USBR) adotou um critrio semelhante para suas barragens na dcada de 1950, admitindo para a subpresso na linha de drenos um valor igual ao nvel de jusante mais 1/3 da carga hidrulica entre o nvel do reservatrio e de jusante, como mostrado na figura 7.FIGURA 7 - CRITRIO DE SUBPRESSO DO BUREAU OF RECLAMATIONS(USBR)

FONTE: ANDRADE (1982)

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SABARLY(1968) foi um importante aliado do Professor Casagrande ao mostrar que numa barragem estanque fundada em terreno homogneo e contnuo, o efeito de uma cortina de injees, mesmo perfeita, a menos que possua uma profundidade considervel, praticamente no notado nas medidas de subpresses na base da barragem. SABARLY fez uma anlise da subpresso de uma barragem de gravidade, sobre a qual o autor do artigo mostrou a figura 8 e fez a seguinte afirmao: "Pode-se ver que a cortina de injees eficaz, pois, em combinao com o sistema de drenagem, reduz consideravelmente o valor das subpresses".FIGURA 8 - SUBPRESSO MEDIDA NA FUNDAO DE UMA BARRAGEM DE GRAVIDADE

FONTE: SABARLY (1968)

Na abordagem crtica do artigo citado, SABARLY no concordou com a afirmao do autor e considerou justamente o contrrio, ou seja, se a cortina fosse realmente estanque, o nvel indicado pelos piezmetros posicionados a montante da cortina de injeo deveria situar-se prximo do nvel do reservatrio. Este exemplo mostra claramente a convenincia de pr de novo em discusso o tema denominado por CASAGRANDE em 1961 de dogma, em relao idia que a maioria dos tcnicos tem como ponto pacfico, de que inconcebvel realizar uma obra sem cortina de injeo, enquanto a drenagem relegada a um plano secundrio.

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Recomenda-se que no se trata de suprimir sistematicamente a cortina de injeo e de se executar sempre sistemas de drenagem considervel. A arte do projetista consiste em ter profundo conhecimento dos fenmenos fsicos e condicionantes geolgicos envolvidos para adaptar, para cada caso, os princpios gerais sem subestimar ou superestimar um em relao aos outros.

fato conhecido que muito mais difcil melhorar a resistncia compresso, cisalhamento e hidrogeotcnicas de uma fundao por injees quando a permeabilidade inicial da rocha muito baixa, sendo relativamente simples reduzir de diversas potncias de dez, por meio de injees, a permeabilidade de um terreno muito permevel. Porm a injeo clssica no ter qualquer efeito em terreno de baixa permeabilidade. Assim, pode-se concluir por uma linha de ao geral: a) em terreno pouco permevel (k < 10-6 cm/s), a cortina de injeo no ter qualquer efeito, sendo portanto intil. Mas, as subpresses iro se desenvolver exatamente como num terreno mais permevel e a drenagem ser portanto indispensvel. Deixar-se- de lado a cortina de injeo (apesar do dogma), e todo esforo dever ser concentrado na drenagem; b) em terreno muito permevel (k > 10-4 cm/s), somente a drenagem, sob o ponto de vista de subpresses, teria a mesma eficcia que em terrenos pouco permeveis, mas a sua vazo poderia ser considervel e inadmissvel para a economia do projeto, com possibilidade de saturao do sistema de drenagem. Alm disso, h grande risco de eroses internas do material de fundao, devido s elevadas velocidades de percolao. Mas nesse caso, a cortina de injeo capaz de reduzir de reduzir de vrias potncias de dez a permeabilidade do terreno. Executando a cortina de injeo, o sistema de drenagem se tornar menos necessrio, pois o

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terreno a jusante da cortina continua muito permevel em relao cortina de injeo, e as subpresses perigosas no se desenvolvem. Para concluir o assunto, que evidentemente no est esgotado, Sabarly mencionou o baixo custo de uma rede de drenagem em relao aos tratamentos da rocha por injees.

No Brasil comum e amplamente aplicado nos projetos, o diagrama recomendado pelo USBR. Nos Critrios de Projeto Civil de Usinas Hidreltricas, a Eletrobrs(2001) recomendou a adoo de um diagrama de subpresso igual ao critrio do USBR, com drenos operantes e no operantes, nos clculos de estabilidade do bloco da barragem.

RUGGERI(2001), relator do grupo de trabalho europeu em subpresso de barragens, publicou um diagrama de subpresso que leva em conta o dimetro do furo do dreno, o espaamento entre drenos e a distncia da linha de drenos ao paramento molhado da estrutura. Esse diagrama resultou do estudo de caso de subpresso na fundao de centenas de barragens de gravidade, que foi elaborado pelos comits de pases europeus. Desse estudo, resultaram os bacos apresentados na figura 9, os quais permitem determinar o percentual de reduo da subpresso na linha de drenos.

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FIGURA 9 - EXEMPLOS DE SUBPRESSO - ESTUDO DE CASOS DE BARRAGENS DA EUROPA

(a) - espaamento entre drenos (b) - distncia entre linha de drenos e paramento molhado (c) - constante de clculo (h) - carga do reservatrio (h*) - subpresso na linha de drenos (1 ) - curvas acrescentadas para o caso de Itaipu ( r ) - raio do furo de drenagem FONTE: RUGGERI (2001)

As retas tracejadas sobre os bacos de estudo de caso da figura acima representam a barragem macia da Estrutura de Desvio de Itaipu, a qual indicou nos diagramas de RUGGERI uma subpresso do contato concreto rocha igual a 10% do total da coluna hidrulica do lago. Essa subpresso medida a partir dos piezmetros instalados no interior dessa estrutura, atualmente (ano de 2002) representa 5% da altura da coluna de gua do reservatrio. Pode-se observar que esse valor medido na fundao da Estrutura de Desvio representa uma subpresso na linha de drenos bem inferior aos valores preconizados nos diagramas do USBR e ELETROBRS.

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3. ENSAIO DE PERDA D'GUA SOB PRESSO

O ensaio de perda d'gua consiste em medir a vazo de gua injetada sob presso no interior do macio rochoso, atravs de um trecho de um furo de sondagem, com o objetivo de determinar a permeabilidade e o comportamento da rocha frente percolao de gua pelas fissuras da camada ensaiada. O resultado desse ensaio expresso em funo do comprimento unitrio do trecho ensaiado e representa a perda d'gua especfica do macio (PE), a qual representada por l/(min.m.atm).

3.1 HISTRICO O simples ensaio de injeo de gua no meio rochoso proposto pelo gelogo LUGEON (1933) mostrou-se satisfatrio para avaliar a condutividade hidrulica da rocha e investigar a sua injetabilidade. Atualmente, prtica normal efetuar ensaios de perda dgua sob presso, tambm denominado "ensaio Lugeon", em furos de investigaes geolgicas dos macios rochosos e nas sondagens executadas durante o tratamento da rocha por injees.

Esse ensaio bastante simples consiste em medir a vazo dgua que penetra no macio, em um trecho do furo de sondagem, geralmente variando de 3 a 6 metros de comprimento. O ensaio proposto por Lugeon realizado sob a presso de 1 MPa (10 kgf/cm2), a qual aplicada em todos os trechos do furo, qualquer que seja a profundidade do trecho ensaiado. A quantidade de gua injetada, avaliada em litro/minuto, por metro de furo sob a presso de 10 atm (10 kgf/cm2) conhecida por unidade Lugeon e eqivale a uma perda d'gua especfica PE=1,0 l/(min.m.10 atm). A partir desse ensaio adotou-se a seguinte regra prtica para avaliar a injetabilidade do macio rochoso: a) a rocha do macio considerada estanque, ou seja, de baixa permeabilidade, quando o ensaio de perda d'gua apresentar resultado

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inferior a uma unidade Lugeon e, nesse caso, a rocha poder no ser tratada por injeo de material de impermeabilizao; b) a rocha do macio considerada permevel, quando o ensaio de perda d'gua apresentar resultado maior do que uma unidade Lugeon e, nesse caso, a rocha dever ser tratada por injeo de material de impermeabilizao;

Na traduo do artigo de SABARLY (1968), os gelogos Guidicini e Barros registraram que essa regra muito simples, citada acima, obteve grande sucesso junto aos projetistas, pois estabelecia os critrios de injetabilidade da rocha e indicava , para o tratamento da fundao, a presso de injeo em 1 Kgf/cm2 por metro de profundidade do furo.

No Brasil, o ensaio de Lugeon ficou consagrado como o ensaio de perda dgua sob presso. O ensaio foi paulatinamente utilizado a partir da dcada de 50, durante a implantao dos grandes aproveitamentos hidreltricos, com importantes modificaes conforme descritas por CORRA FILHO e IYOMASA (1983), no item referente evoluo histrica deste ensaio, como mostrado abaixo: a) em 1954, as presses de injeo dgua passaram a ser relacionadas com a profundidade, tendo sido aplicado 1 Psi/p de profundidade do trecho ensaiado, correspondendo de forma aproximada a 23 kPa por metro de profundidade de furo. Dessa forma no era mais aplicada a presso de 1000 kPa ao longo do furo, conforme preconizado por Lugeon, e assim, para o ensaio realizado nessa nova condio de presso foi introduzida uma nova unidade expressa em litro/(min.metro.100kPa), a unidade de perda d'gua especfica (PE). Esse critrio de presso mxima do ensaio relacionado com a profundidade do trecho ensaiado aplicado at hoje. Tal critrio tem como premissa, para definir a presso mxima de ensaio, a densidade mdia do macio sobreposto, ou seja, a presso aplicada em

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uma hipottica fissura plana da rocha dever ser inferior presso provocada pelo peso do bloco de rocha situado acima dessa fissura. Com isso, podem-se evitar possveis alteraes dos parmetros geomecnicos e hidrogeolgicos das fraturas da rocha; b) em 1968, as presses efetivas de clculo do valor de perda dgua passaram a considerar os efeitos do atrito exercido pela gua nas paredes internas das tubulaes e conexes utilizadas na composio do ensaio; c) a partir de 1975, o estabelecimento das diretrizes para execuo dos ensaios de perda dgua sob presso, editadas pela ABGE, foi um marco importante para a padronizao dos procedimentos de execuo, clculos, interpretao e comparao entre os resultados obtidos dos ensaios em diversas obras. Esse ensaio busca determinar a permeabilidade de macios rochosos de fundao de barragens, com o objetivo de se estudar a percolao e possveis tratamentos de impermeabilizao.

Aps 1975, pouco foi acrescentado nos procedimentos do ensaio, destacando-se: a) ensaio de mltiplo estgio(EME), visando melhor comparao e correlao entre os dados obtidos no campo e os ensaios de laboratrio, em estudos do IPT, apud QUADROS(2002); b) ensaio TRH (Teste de Ruptura Hidrulica) proposto por

ANDRADE(1987) e que consiste de uma tela permevel acoplada parte inferior do obturador utilizado no ensaio de perda d'gua. A tela tem a finalidade de registrar as descontinuidades portadoras de gua existentes no trecho submetido ao ensaio. Ao encerrar o teste, o fluxo d'gua para o interior do furo cessa deixando impressos na tela as descontinuidades permeveis. Ainda em 1986, o IPT utilizou membrana de borracha

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substituindo a tela permevel, para melhor gravao das fissuras da parede do furo e incluiu um transdutor eletrnico de presso no interior do obturador, para medir a presso efetiva atuante no trecho de ensaio, conforme mostrado por QUADROS(2002).

PIERRE(1973) reconhece o teste de perda dgua, originalmente proposto por Maurice Lugeon em 1933, como um critrio de injetabilidade da rocha. Mas, alertou que alguns autores tm mostrado que o total de gua injetada sob presso absorvida pela rocha, no um parmetro intrnseco de sua permeabilidade, mas preferencialmente do seu grau de fraturamento. No entanto, aps a execuo das injees de cimento para tratamento da rocha de fundao da barragem, espera-se que o ensaio de perda d'gua seja realizado em meio mais homogneo, permitindo um fluxo laminar da gua de ensaio de forma a expressar a condutividade hidrulica do macio nos locais ensaiados.

Naquela poca aceitava-se que a curva vazo versus presso do ensaio de Lugeon deveria ser corretamente interpretada antes de ser considerada como um simples valor de injetabilidade do macio rochoso ensaiado sob presso de 1000 kPa, como proposto por ele. Discutia-se que sendo o comprimento do trecho ensaiado varivel, outras informaes podem ser obtidas a partir do trecho ensaiado, como por exemplo conhecer a abertura das descontinuidades e a posio das fissuras permeveis.

mostrado na figura 10 o tratamento da rocha, a instrumentao e a drenagem da fundao de um bloco mais alto de Itaipu posicionado na regio do leito do Rio Paran. Nessa figura est indicado um dos furos da cortina de injeo

executada para o tratamento da rocha, onde foi realizado um ensaio de perda d'gua.

31FIGURA 10 - BLOCO MAIS ALTO DE ITAIPU

FURO DE ENSAIO

FONTE: PORTO (1999)

Na figura 10 podem ser observadas as cortinas de injeo executadas ao longo do p de montante e de jusante da barragem, alm de indicar um dos furos onde se realiza o ensaio de perda d'gua, tambm denominado de "Lugeon".

3.2 RECOMENDAES SOBRE OS EQUIPAMENTOS DE ENSAIO Os equipamentos bsicos utilizados nos ensaios esto mostrados no esquema de montagem apresentado na figura 11.

32FIGURA 11 - ESQUEMA DE MONTAGEM DOS EQUIPAMENTOS DO ENSAIO

FONTE : OLIVEIRA, SILVA e FERREIRA (1975)

As caractersticas tcnicas dos equipamentos e recomendaes prticas apresentadas a seguir, referem-se s campanhas de sondagem mais comuns, como furos de dimetro de 76,2 mm e comprimento em torno de 50 metros: a) Bomba dgua com capacidade de 100 litros/min sob presso de 1 MPa. CORRA FILHO e IYOMASA(1983), registraram que j havia mudanas nos equipamentos de sondagem, visando melhorar os resultados. Assim foi testado nas tubulaes de dimetro at 1 1/4" para reduzir a perda de carga na tubulao e bombas de 100 litros/min. a 1 MPa. Em Itaipu a bomba especificada foi de vazo livre de 120 litros/min. b) Tubulao tambm denominada de composio de ensaio, compe-se de tubos galvanizados, conexes como joelho, T, luvas, etc. O dimetro desses equipamentos fundamental para a definio do valor de perda de carga na tubulao, a qual dever ser considerada na presso efetiva de ensaio e aplicada nos clculos do ensaio. Sabe-se que as tubulaes com

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dimetro acima de 50,8mm, a perda de carga menor, como pode-se observar nos bacos apresentados no item 3.7.2.1, onde o dimetro de tubulao maior indica perda de carga menor. No entanto, sua aplicao exigiria furos de maior dimetro, de custo mais alto. Como a maioria das campanhas de sondagem executada com furos de 3 (76,2 mm), a tubulao de ensaio mais usual de 1 (25,4 mm), que representa uma perda de carga de valor mdio ao longo das tubulaes utilizadas nos ensaios. c) Estabilizador de presso constitui-se de um tambor posicionado entre a bomba e o manmetro que possibilita amortizar as oscilaes de presso, provocadas pelo impacto da bomba, por meio da variao de volume do ar contido no interior do tambor. A variao de presso lida no manmetro dever ser inferior a 10% da presso indicada em cada estgio do ensaio. recomendvel utilizar mais de um tambor, conectado em linha, para atingir essa variao de presso. d) Hidrmetros os hidrmetros utilizados nos ensaios de perda d'gua so do tipo volumtrico e indicam o volume de gua injetada no trecho de ensaio. A capacidade nominal da maioria dos hidrmetros de trs a cinco m3/h nas canalizaes com dimetro de 3/4 e de 7 a 10 m3/h para dimetro de 1. recomendvel que esse equipamento seja sensvel para medir vazo mnima de 3 litros/min. O hidrmetro deve ser aferido antes de entrar em uso e a diferena entre a vazo real e nominal deve ser inferior a 10 %, para ser considerado aceitvel para uso no campo; e) Manmetro utilizar com fundo de escala inferior a duas vezes a presso mxima a ser aplicada no ensaio; f) Salva-manmetro - dispositivo montado antes do manmetro para sua proteo; g) Obturador mais comum o uso de obturador de reao mecnica para expanso da borracha que permite vedar e isolar o trecho de ensaio. A

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foto 1 mostra dois obturadores simples de reao mecnica..FOTO 1 - OBTURADOR SIMPLES TIPO MECNICO DE 4" (101,6 mm) e de 3" (76,2 mm)

4"

3"

FONTE: ITAIPU - DIVISO DE GEOLOGIA

h) Nota: tecnicamente aconselhvel que o ensaio de perda d'gua seja realizado durante a execuo da perfurao e em trechos descendentes, ou seja, a cada trs a seis metros interrompe-se a perfurao, executa-se o ensaio, e em seguida retoma-se a perfurao. Nesses casos, a

confiabilidade do ensaio maior, se comparada com o ensaio executados utilizando obturador duplo. Esse tipo de obturador dificulta perceber na superfcie, qualquer vazamento ou fuga da gua de ensaio, devido uma vedao imperfeita entre a borracha do obturador e a parede do furo. Os obturadores mecnicos tem menor custo, porm exigem mais tempo operacional de ensaio, por dificuldades de manuseio da tubulao. Podem-se tambm, utilizar obturadores inflveis acoplados mangueiras, que permitem menor tempo de descida e retirado do equipamento do interior do furo, porm de custo mais alto. No Brasil, no comum o uso dos obturadores pneumticos

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3.3 PROCEDIMENTOS DE EXECUO DO ENSAIO O ensaio de perda d'gua consiste em medir a gua injetada em um trecho do furo, a qual deve ser aplicada em trs ou cinco estgios de presso. Cada estgio de presso deve ser mantido at que se obtenha a vazo constante, representando a condio de fluxo permanente, devendo-se, em seguida, medir a absoro de gua que infiltra na rocha, efetuando-se cinco medidas de vazo a cada minuto aproximadamente. A mdia dessas medidas constitui um ponto da curva de vazo versus presso efetiva de ensaio. Esses pares de dados devidamente tratados permitem calcular a perda d'gua especfica (PE), a qual reflete a permeabilidade do trecho ensaiado. OLIVEIRA, SILVA e FERREIRA (1975), registraram que o ensaio de perda d'gua muito utilizado para calcular a permeabilidade da rocha ensaiada, bastando para isso, multiplicar seu valor por fatores que dependem de parmetros hidrogeolgicos e geomtricos do trecho ensaiado, conforme ser mostrado no item 4.

A execuo do ensaio em trechos de furos j perfurados exige o uso de obturador duplo, o que torna mais difcil identificar na superfcie qualquer vazamento da gua injetada, caso ocorra a vedao imperfeita entre a parede do furo e o obturador, principalmente no seu trecho inferior. Assim, os resultados dos ensaios devem ser analisados com reserva, em vista da pouca confiabilidade da operao de vedao entre a borracha do obturador e a parede do furo.

A seguir apresentam-se, "passo a passo", os procedimentos operacionais do ensaio, os quais estabelecem a sua seqncia de execuo: a) 1 passo: com o furo obturado e efetuadas as medidas de profundidade do trecho de ensaio, nvel dgua do terreno, nvel fretico, comprimento da composio e altura do manmetro, passa-se a injetar gua com a presso de 10 kPa do 1 estgio do ensaio, estabelecido pelo critrio de presso indicado a seguir no item 3.4. Mantm-se injetando gua sob presso

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constante, durante o tempo necessrio para o estabelecimento de um regime de percolao permanente. Ao atingir esse regime, a cada minuto registram-se cinco valores de vazo correspondentes aos volumes de gua lidos no hidrmetro, os quais representam a absoro de gua injetada no macio. Caso as trs primeiras leituras de vazo no sofram alteraes significativas, ou seja, quando a variao dessas leituras for inferior a 10%, o ensaio desse estgio pode ser encerrado, passando-se para o estgio seguinte de presso Em geral tem-se adotado um tempo de 10 minutos para atingir a estabilizao do fluxo, para iniciar as leituras de vazo; b) 2 passo: concludo o estgio inicial procede-se ao aumento cuidadoso da presso para o estgio intermedirio (2 estgio do ensaio), registrando cinco valores de vazo aps a estabilizao do fluxo; c) 3 passo: aumentar gradualmente a presso do manmetro para aplicar a presso de estgio mximo (3 estgio do ensaio) e registram-se as vazes conforme estabelecido no passo anterior; c) 4 passo: aps a concluso do estgio com presso mxima, dar incio ao processo de reduo da presso para o estgio intermedirio de presso (4 estgio do ensaio) e, finalmente, reduzir para o estgio mnimo (5 estgio do ensaio). Registrar as vazes da mesma forma indicada anteriormente, ou seja, aps o estabelecimento de fluxo permanente da gua injetada. Em seguida encerra-se o ensaio; d) na folha de campo devem ser registradas todas as anotaes indicadas acima, como mostrado na figura 12.

37FIGURA 12 - FOLHA DE CAMPO DE ANOTAES DO ENSAIO DE PERDA D'GUA

FONTE ; ITAIPU (DIVISO DE GEOLOGIA)

No caso do trecho ensaiado apresentar alta absoro muito importante anotar, a vazo mxima registrada pela bomba e a presso manomtrica atingida no ensaio.

Os procedimentos de execuo do ensaio indicados acima complementam aqueles recomendados por OLIVIERA, SILVA e FERREIRA (1975), sob o ponto de vista de procedimentos do ensaio de perda d'gua, os quais foram tambm apresentados pelos autores como roteiro operacional de execuo do ensaio.

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3.4 CRITRIOS DE PRESSO OPERACIONAL DO ENSAIO (Pm) A definio da presso do ensaio de fundamental importncia, por ter grande influncia nos resultados a serem obtidos. De maneira geral, a presso operacional de ensaio, ou seja, a presso a ser lida no manmetro (Pm) definida por duas escolas de tendncias diferentes: a) a primeira de altas presses, representada pelo circuito europeu de ensaio (figura 13), tem suas razes em Lugeon, com aplicao de presses de 1 MPa, independentemente da profundidade do trecho ensaiado; b) a segunda de baixas presses representa a escola americana que considera a presso mxima operacional de ensaio igual a 1 Psi por p de profundidade 23 kPa por metro de profundidade do trecho em ensaio;

SABARLY (1968) mostrou os esquemas dos circuitos de montagem do ensaio de perda d'gua dessas duas escolas, os quais constam da figura 13, onde se observa que para altas presses (circuito europeu), a tubulao de ensaio no est equipada com dispositivo de retorno da gua injetada.FIGURA 13 - CIRCUITOS DE MONTAGEM DO ENSAIO DE PERDA D'GUA (ESCOLAS AMERICANA E EUROPIA)

CIRCUITO EUROPEU

CIRCUITO AMERICANO

FONTE : SABARLY (1968)

No Brasil o ensaio de perda d'gua adota a escola de "baixas presses", as quais devem ser aplicadas em cinco estgios, sendo dois estgios de presso mnima, dois estgios de presso intermediria e um estgio de presso mxima como recomendado no trabalho de OLIVEIRA, SILVA e FERREIRA(1975). Considerando

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que nesse trabalho, denominado de "Diretrizes ABGE", foi recomendado o clculo da presso mxima de ensaio igual a 1 Psi/ p de profundidade, sem indicar a referncia dessa profundidade, considera-se oportuno apresentar abaixo tanto o critrio recomendado pelas Diretrizes ABGE, como o critrio utilizado em Itaipu para clculo da presso manomtrica mxima de ensaio (Pm): a) critrio ABGE - recomendou a aplicao de 25 kPa (0,25 kgf/cm) por metro de profundidade do obturador para determinar a presso mxima de ensaio. A partir dessa presso, so estabelecidas as presses dos demais estgios do ensaio conforme indicado a seguir: - 1 estgio = presso mnima = 0,10 kgf/cm2;

- 2 estgio = presso intermediria = 50% da presso mxima; - 3 estgio = presso mxima obturador; - 4 estgio = presso intermediria. = 50% da presso mxima; - 5 estgio = presso mnima = 0,10 kgf/cm2. = 0,25 kgf/cm2/m de profundidade do

b) critrio Itaipu - nos ensaios realizados em Itaipu, foi utilizado o critrio de 20 kPa (0,20 kgf/cm2) por metro de profundidade do ponto mdio do trecho de ensaio, para determinar a presso manomtrica mxima de ensaio. Essa presso manomtrica maior, principalmente se o trecho ensaiado atingir 6 m de comprimento, resultar em presso efetiva do ensaio ( Pe ) tambm maior. Com isso, os valores de perda d'gua especfica sero menores, conforme pode-se observar na equao 5. Para os demais estgios os valores de presso operacional (Pm) sero calculados conforme indicado no item anterior. Pelo critrio recomendado pelas Diretrizes ABGE, o ensaio teria a presso mxima menor, pelo fato de considerar a profundidade do obturador, ou seja, o nvel do topo do trecho de ensaio.

O critrio de presso manomtrica aplicado em Itaipu resultar em valores menores de permeabilidade da rocha ensaiada, a qual conduzir valores menores de

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vazo de gua, considerada normal, que se espera que percole pela fundao da barragem. Assim procedendo, pretende-se obter um de determinao de vazo mais conservador.

comum a aplicao de apenas trs estgios de presso ao invs de cinco, e a adoo de trechos de ensaios de 5 m, com o objetivo de otimizar os trabalhos de sondagem, deixando de executar o 2 e 4 estgios. A boa tcnica de ensaio recomenda a sua realizao em trechos descendentes, ou seja, a cada trecho perfurado do furo paralisa-se a perfurao, executa-se o ensaio e retoma-se a perfurao novamente. Nesse caso, nenhum CONTRATADO aceita passivamente a paralisao do equipamento de produo, para aguardar a execuo do ensaio de perda d'gua, de grande importncia para caracterizar a condutividade hidrogeolgica da rocha de fundao da barragem. Por essa razo, recomenda-se a incluso de clusulas contratuais que permitam a execuo desses ensaios.

3.5 PRESSO EFETIVA DE ENSAIO (Pe) Definida a presso operacional (Pm) e realizado o ensaio, pode-se calcular a presso efetiva, ou seja, aquela presso atuante no trecho em ensaio, a qual considera outras foras envolvidas, como o peso da coluna d'gua, artesianismo, a posio do lenol fretico do furo e a perda de carga que ocorre ao longo da tubulao.

Para avaliar numericamente o ensaio, deve-se primeiro calcular a presso efetiva (Pe). Para isso, a figura 14 apresenta trs situaes de atuao do peso da coluna de gua (H) em relao posio do nvel fretico do furo (N). O peso dessa coluna de gua uma das parcelas de clculo a presso efetiva (Pe). A figura 14 apresenta tambm outros parmetros a serem considerados no clculo da presso efetiva atuante no trecho de ensaio:

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FIGURA 14 - PARMETROS UTILIZADOS NO CLCULO DO ENSAIO DE PERDA D'GUA

CASO 3

TRECHO ENSAIO ACIMA DO N.A. (CASO 1)

TRECHO ENSAIO ABAIXO DO N.A. (CASO 2)

FONTE: OLIVEIRA, SILVA e FERREIRA (1975)

a) Parmetros hidrolgicos e geomtricos - N = Profundidade do nvel d'gua do furo (NA), em metro; - N = Presso de artesianismo mca (metro de coluna de gua); - Pob = Profundidade do obturador, em metro; - H = Peso da coluna dgua atuante no ponto mdio do trecho ensaiado, em metros, a qual dividida por 10 mca fornece o valor de H em kgf/cm2; - h = Altura do manmetro, em metro; - L = Comprimento do trecho ensaiado, em metro; - C = Comprimento da tubulao entre o manmetro e o obturador (m);

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- d = Dimetro do furo = 2r, em metro. b) Clculo da Presso efetiva aplicada no trecho mdio do ensaio - Para determinar a Pe temos trs casos de "H" (peso da coluna d'gua) conforme mostrado na figura 14: - Caso 1 Trecho do ensaio acima do nvel d'gua do furoL 2

(N) (1); (N) (2);

- H = h + Pob + - Caso 2 H = N +h

Trecho do ensaio abaixo do nvel d'gua do furo

- Caso 3 - H = N '+ h

Furo de ensaio com artesianismo

(N') (3);

A presso efetiva de ensaio(Pe) calculada com a seguinte equao: - Pe =H + Pm Pc 10

(4)

onde Pe em kgf/cm2 Pm em kgf/cm2 Pc indica a perda de carga em do fluxo de gua ao longo da tubulao, em kgf/cm2 e seu valor pode ser obtido pelos bacos apresentados no item 3.7.2.1 em kgf/cm2 Observao: para expressar os valores de presso em kPa, deve-se utilizar a relao 1kgf/cm2 = 100 kPa; c) Resumo dos dados de ensaio - Q = Vazo mdia em l/min de gua injetada e em cada estgio de presso, como registrado na folha de campo da figura 12; - Pm = Presso manomtrica (kgf/cm2) indicada pelo critrio apresentado no item 3.4; - Pc = Perda de carga (kgf/cm2) calculada pelos bacos mostrados no item 3.7, tendo como referncia o comprimento da tubulao(C) e da vazo "Q" medida no ensaio; - Pe = Presso efetiva de ensaio em kgf/cm2, a ser calculada pela equao 4.

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3.6 CLCULO DO ENSAIO DE PERDA DGUA ESPECFICA (PE) Aps a determinao dos valores e parmetros anteriormente mostrados, pode-se calcular o valor da perda d'gua especfica do ensaio com o uso da frmula abaixo (equao 5), apresentada por Mello e Cruz (1960), apud CORRA FILHO (1985, p.76), para determinar o coeficiente de perda d'gua especfica (PE) do ensaio de perda d'gua sob presso,litro m.

PE =

Q = L . Pe

min = kgf cm2

l min . m . kgf cm2

, em l

/( min

. m . kgf / cm 2 ) (5)

Essa equao muito utilizada para expressar a permeabilidade do macio rochoso, apesar dos erros grosseiros que ocorrem nesse ensaio. A ampla utilizao desses resultados se deve ao seu baixo custo, simplicidade e rapidez de execuo, quando comparado com os ensaio de permeabilidade tradicionais.

OLIVEIRA, SILVA e FERREIRA (1975, p.8), autores das Diretrizes da ABGE indicam que esse valor do ensaio de perda d'gua (PE) muito utilizado para determinar a permeabilidade da rocha, considerando o ensaio com regime de fluxo laminar, apesar de pouco ocorrer esse regime em meios fraturados.

3.7 PERDA DE CARGA NA TUBULAO DE ENSAIO de fundamental importncia determinar a perda de carga gerada pelo atrito entre a gua e a parede da