XIII SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS

RIO DE JANEIRO

ABRIL 1980

CONTROLE DE SUBPRESSOES E DE VAZOES NA OMBREIRA ESQUERDA DA BARRA-

GEM DE AGUA VERMELHA - ANALISE TRIDIMENSIONAL DE PERCOLACAO PELO MEF

TEMA IV

APARECIDO ALVES FILHOJOAO FRANCISCO ALVES SILVEIRANELIO GAIOTOROBERTO LUIZ PINCA

Engenhei ros da Area de Energia eHidro da PROMON ENGENHARIA S.A.

049

INTRODUQAO

0 aproveitamento hidreletrico de Agua Vermelha , com capacidade

de 1380 MW, esta em fase inicial de operagao pela CESP - Compa

nhia Energetica de Sao Paulo, no Rio Grande , a jusante da Usi-

na de Marimbondo.

A ombreira esquerda da barragem de Agua Vermelha apresenta va

rias interfaces entre derrames basalticos,de elevada permeabi-

lidade, alem de uma camada de lava aglomeratica com permeabili

dade da ordem de 10-' cm/s , que requereram na fase de projeto

estudos detalhados de varias solucoes associando - se dispositi-

vos de vedac ao com outros de drenagem , para o disciplinamento

e controle das aguas de drenagem.

Durante a fase de enchimento do reservatorio dedicou-se espe

cial atengao ao controle de subpressoes, vazoes e materiais s6

lidos carreados pela agua de drenagem , tendo-se atingido uma

estabilizagaao geral das vazoes e subpressoes cerca de 2 meses

apos o reservatorio ter atingido o seu nivel maximo.

A realizagao de uma analise tridimensional de percolag-aao pelo

Metodo dos Elementos Finitos, permitiu a definigao de um mode-

lo da ombreira esquerda que representou quase que perfeitamente

a realidade , tanto em termos de subpressoes quanto de vazoes,e

atraves do qual foi possivel estudar quais os tipos e caracte-

rTsticas dos dispositivos mais eficientes para a redugaao das

atuais vazoes , se essas eventualmente vierem a apresentar al-

guma indicacao de intensificagao ao longo do tempo.

2.

PRINCIPAIS CARACTERISTICAS HIDROGEOTtCNICAS

A ombreira esquerda da barragem de Agua Vermelha a constituida

por uma sucessao de derrames basalticos subhorizontais , compreen

dendo os seguintes tipos litologicos : basalto compacto, basal

to vesTculo - amidaloidal , lava aglomeratica e brecha basilti-

ca arenosa , conforme ilustrado na Fig. 1.

051

0 0M M

00

AAA

SOLO[QAREIA ALUVIONAR

DARGILA E/OUCOLUVIONAR

ESj] LAVA AGLOMERATICA E BRECHABASA'LTICA CALCA'R£A

BRECNA BASALTICA ARENOSA -

VESICULASEPMIGDALASBASALTO VES(C ULO AMIGDALOIDAL

SOLO RESIDUAL OUBASALTO ALTERADO

BASALTO COMPACTO

BASALTO COMPACTO COM

A A A A A

A A A A An n n n n

° A n n

• o . o

• •• o • n o •

• o • o • o •

330A A A A A A A A

A A A A A A A CORTE

340

FIG. . -SEr,AO GEOLOGICA LONGITUDINAL PELO EIXO DA OMBREIRA

ESQUERDA DA BARRAGEM DE A'GUA VER M ELHA.

Entre as estacas 179 e 189 ocorre um capeamento de solo coluvi

onar,sobrejacente a uma camada de solo residual de basalto,com

espessuras maximas de 1,0m e 0,5m, respectivamente. Entre as

estacas 189 e 195 o capeamento de solo coluvionar apresenta es

pessura media de 2,0m, enquanto que entre as estacas 195 e 200

a ocorrencia da camada coluvionar, com matac'oes, a seguida de

uma camada de solo residual com cerca de 2,Om de espessura.

Ensaios de perda d'agua realizados durante a perfuragao de son

dagens rotativas revelaram elevadas perdas entre as elevacoes

nominais 353 e 370m, registrando-se varios trechos com perda

052

d'agua total da bomba ou onde no se conseguiu atingir a pres-

sao maxima especificada nos ensaios. Em varios trechos regis

traram-se coeficientes de permeabilidade entre 10-3 e 10-2 cm/s,

e em alguns trechos foi possivel inferir valores superiores a

10'2cm/s.

Piezometros do tipo "standpipe" instalados na parte mais ele-

vada de ombreira esquerda, na camada de lava aglomeratica, en

tre elevacoes 360 e 368m, revelaram variagoes anuais de nTvel

d'agua do lengol freatico de 6 a 7m. Foi constatado tambem, du

rante o periodo construtivo, que na epoca das chuvas o lencol

freatico aflorava a superflcie do terreno, em uma area situada

a jusante da barragem, em torno da elevacao 359m, estaca 208 +

13m.

3.

SISTEMA DE IMPERMEABILIZACAO E DRENAGEM

Para o controle de percolac`ao pela fundagao da barragem na om-

breira esquerda,projetou-se um sistema constituTdo por uma

trincheira de vedaca'o, prolongada em profundidade por uma cor-

tina de injegaa-o, associado a um sistema de drenagem, atraves de

tapete horizontal e valeta de drenagem, conforme discutido a

seguir.

3. 1

Trincheira de Vedacao

A execuca'o de uma trincheira de vedagao ate a estaca 197, com

base na elevacao 355m, interceptando totalmente a camada de la

va aglomeratica, associada a uma cortina de injecao a partir

da base da trincheira, objetivou assegurar a impermeabilizaca`o

n e s s e trecho de fundagao da barragem. Essa trinchei-

ra foi dotada de uma parede de concreto a montante e de um fil

tro de areia e pedra britada a jusante, para assegurar uma maior

protecao contra um eventual processo de fissuramento hidreuli-

co do macigo argiloso no interior da trincheira.

Entre as estacas 197 e 201, a escavagaa-o da trincheira foi con-

duzida apenas ate a elevacao 372m, objetivando a remocao da ca

053

mada superficial de matacoes, que estava dificultando sobrema

neira as perfuragoes para a real izagao da cortina de injegao

no local.

3.2

Cortina de Injegao

Uma cortina de injegao foi executada ate a elevagao 350m, sen-

do um trecho executado a partir da base da trincheira e outro

estendendo-se a partir do final desta ate a estaca 200 + 10m.

Essa cortina foi realizada segundo tres linhas espagadas de

1,50m entre si, com sistema de perfuragao tipo "split-spacing",

com espagamento inicial entre furos de 12,Om e final de 3,0m.

A injegao foi iniciada com calda 2:1 (agua/solidos), em peso,

com relagao cimento/pozolana de 2:1 e 10% de bentonita adicio

da ao peso total de solido . A seguir utilizou - se calda 1:1 e

3% de bentomita, depois trago 0,7:1 e finalmente 0,5:1, sendo

a relagao cimento/pozolana sempre igual a 2:1.

No trecho da lava aglomeratica, devido as elevadas absorgoes,a

injegao era iniciada com calda 0,7:1 e pressao de 0,5 Hr (altu

ra de referencia da coluna em relagao a base da trincheira)(kg/cm2), ate a absorgao de 2.000 kg de solidos no trecho,quan

do o trago da calda era mudado para 0,5:1 ate uma absorgao ma-

xima de 3.000 kg de solidos no trecho. Quando da ocorrencia

de tal absorgao, a injegao era paralizada por 3 horas, retoman

do-se as injegoes com calda 0,5:1 ate a absorgao de 300 kg de

solidos, a absorgao maxima para a mudanga do trago da calda foi

estabelecida em 600 kg de solidos.

Quando a absorgao da calda em qualquer trecho era inferior a

150 kg de solidos, a press`ao era elevada para 0,7 Hr, ate uma

absorgao de 300 kg no trecho, quando entao, era reduzida para

0,5 Hr, prosseguindo-se entao a injegao. Na linha central a

pressaao chegou a atingir 1,0 Hr, quando apos a absorgao de

1.200 kg de solidos, com calda 0,7:1, o trago era reduzido pa

ra 0,5:1.

054

0 total de solidos injetados atingiu 60,7 toneladas, com as se

guintes absorcoes medias por metro de furo:

linha de montante : 63,1 kg/m.furo

linha de jusante : 40,0 kg/m.furo

linha central : 35,0 kg/m.furo

A execucao de duas sondagens rotativas para a verificacao da

eficiencia dessa cortina revelou, mesmo apos a injecao desse

volume de calda , a ocorrencia de trechos com coeficiente de per

meabilidade de ate 10-3cm/s, entre as cotas 358 e 366, ou seja,

na regiao da camada de lava aglomeratica.

3.3

Trincheira Drenante

Considerou- se na fase de projeto que deviam ser previstas as se

guintes trajetorias das linhas de percolag`ao:

a. Ao redor da cortina de injegao , emergindo a jusante da bar-

ragem nas proximadades do pi do talude de jusante , ou emer-

gindo ja na ombreira em regiao mais afastada do pi da barra

gem.

b. Percolaga'o atraves da cortina de injecao, emergindo a jusan

te, nas mesmas condicoes acima referidas.

Assim, os dispositivos de drenagem considerados em projeto de-

veriam reunir as seguintes condicoes:

a. Captar e controlar a agua que percolasse pela fundagao e ten

desse a emergir nas proximidades do pi do talude de jusante

da barragem.

b. Controlar e dirigir para um local adequado a agua que apos

percolar pela ombreira esquerda no fosse captada pelo sis-

tema de drenagem , de modo que , eventuais problemas devidos

a gradientes de saTda ou de elevagao do lengol freatico,nao

colocassem em risco a seguranga do macigo da barragem.

055

Foram estudadas solugoes atraves de trincheiras e de galerias

drenantes, conjugadas a furos de drenagem , decidindo - se pela

execugao de uma trincheira drenante transversal ao eixo da

barragem, na estaca 191 + l Om, com capaci dade para 4.500 1/min.

4.

A INSTRUMENTACAO DA OMBREIRA ESQUERDA

A ombreira esquerda da barragem de Agua Vermelha foi instrumen

tada com um total de 28 piezometros de fundagao tipo "stand-

pipe" e 4 medidores de nTvel d'agua situados no filtro hori-

zontal.

Durante a fase de enchimento do reservatorio foram programados

e instalados mais 14 piezometros de fundagao , em 7 furos de

sondagem rotativa, visando essencialmente um melhor esclareci

mento das condigoes de percolagao d'agua pela camada de lava

aglomeratica , entre elevagoes 360 e 368m . Foi tambem instala

do, nessa fase, um medido r de nTvel d'agua na trincheira dre-

nante da estaca 191 + 10m, para controlar as condigoes de ope

ragao da mesma.

Para o controle das vazoes de drenagem foram programados ver-

tedores triangulares de vazao nas caixas de coleta dos drenos

das estacas 181 + 08m e 191 + 10m, e previsto o controle de

vazoes em eventuais surgencias d'agua.

Foram ainda instalados na ombreira esquerda medidores de recal

que, na regi 'ao da trincheira de vedagao , e marcos superficiais

para o controle dos deslocamentos do macigo de terra, cujas

analises, entretanto, estao fora do escopo dense trabalho.

5.

PRINCIPAIS OBSERVACOES REALIZADAS DURANTE 0 ENCHIMENTO DO RE-

SERVATORIO

5.1

Observagao de Subpressoes

A resposta dos piezometros de fundagao instalados na ombreira

esquerda foi quase que imediata em relagao ao enchimento do

056

reservatorio. Assim, os piezometros instalados na camada de la

va aglomeratica, entre elevacoes 360 e 368m, comecaram a acusar

elevacao de subpressoes to logo o nivel do reservatorio ultra-

passou esse horizonte. A Fig. 2 apresenta os valores das sub-

pressoes finais observadas nas secoes transversais das estacas

192 + 10, 194 + 10, 197 + 00 e 198 + 00, onde as duas primeiras

localizam-se no trecho da trincheira de vedacao e as dual 61ti-

mas no trecho da cortina de injegao.

Como principais conclusoes da an "alise das leituras piezometri -

cas, ap6s o periodo de enchimento do reservatorio, segue-se que:

a) Nas seg6es transversais pelas estacas 192 + 10 e 194 + 10 m,

observa - se um decrescimo de subpressao de cerca de 14 m.c.a.,

entre as faces de montante e de jusante do "cut-off", o que

evidencia a eficiencia do mesmo no controle da percolagao de

agua nesse trecho da fundagao. E interessante observar que

a jusante da trincheira os gradientes hidraulicos estao in-

dicando um fluxo no sentido de jusante para montante, Como

consequencia do filtro colocado na parede de jusante da trin

cheira , que est"a desta forma atraindo parte do fluxo d'agua

que passa atraves da ombreira (Secoes B e C, Fig. 2).

Nas sego-es das estacas 197 + 05 e 199 + 05 a redugao observa

da de supbressao indica haver certa eficiencia da cortina de

injecao no local (Secoes D e E, Fig. 2).

c) Na segao longitudinal a montante da trincheira observa-se ni

veil piezometricos praticamente identicos para os varios pie

zometros, e apenas 3,0 metros abaixo do nivel d'agua do re-

servatorio.

d) Na segao longitudinal a jusante da trincheira verifica-se va

for maximo das subpressoes na regiao das estacas 199 a 200

(fim do trecho injetado), com um pequeno gradiente no senti-

do do interior da ombreira e um gradiente mais acentuado em

diregao ao dreno da estaca 191 + 10m.(Secao A, Fig. 2).

057

8

VAZAO EST.19I+110 llll

hu

IES

18PZ-7I

ES 1 [F,-, 44 ;Z-4 7&I

l 1

0. 1

--.;

\

^0

,_ .,PZ-51 A' - 1-t-.---i --,' ---•1,_a_

380

370

360

PZ-50 152 I

^PZ 1PZ-5'L S

PLANTA`.360

MEDIDOR DFj VAZAO(ELEV. 359 m.)

A A. A A A A A N A A A

A A A A A A A

A A A A A A •

n k A A A A AA A A A A,A A A A A A A A A A A A .r -

PZ-44^ I i PZ 45

.J A 7tf7 7

PZ-4 6

..°..I•F. ^.^_n non e^^A A `Nr}I A I A A

CUT-OFF StO®A

PZ-5 OS

PZ-501

n PZ-51I PZ-57IP$4 \I •PZ •57S_ --W-

n-53 I ^Pd PZ - 581 PZ•PZ-535 PZ -58S PZ-

200`. " 205

MEDIDOR DEVAZ AOJ CANALETARLEV36m.) _DE DRENAGEM

PZ-51 A

PZ-51S

PZ- 511

CORTINOOE SECTINJ

N.A.383,30

PZ-47S

PI

;- 171Z-48S

Pfz -481 PZ-49Six9 I-

A A A ALS,_^ MA A A AA A A A A A A

CUT-OFF SE A0

PZ-5 2 S

PZ-521

PZ-53S

PZ 531

PZ-54I

PZ-55-S

PZ-55-I

.V

FIG. 2 - PLANTA DE LOCAEAO DOS INSTRUMENTOS E SEcOES PIEZOMETRICASAPOS A FASE DE ENCHIMENTO DO RESERVATORIO.

058

5.2

0bservagao de Vazoes de Drenagem

A caixa de coleta do dreno da estaca 191 + 10m comegou a apre-

sentar vazao a partir de 23.07.79, quando o nTvel do reservato

rio encontrava-se em torno da elevagao 371m, passando a mesma

a ser medida atraves de um vertedor triangular. Apos uma'fase

inicial em que as mesmas aumentaram rapidamente, constatou- se

uma evolug-aao aproximadamente linear em fungaao do nivel d'`agua

do reservatorio, conforme pode ser observado na Fig. 3.

n

4000

CAIXA I

r1--

>'411

350 360 370

ELEVAGAO 00 N.A. (m )

eoo0PL A NTA CHAVE

390

E150

50

CAIXA I

N. A DORESERVATORIO

380

370

360

SURG NCIA 11

350

SURG NCIA I

.^/ 340JUN. JUL.! AGO. SET. OUT NOV. OEZ. JAN. FEV. MAR. ABR. MAI . JUN. JUL AG0 SET. OUT. NOV. DEZ.

1 9 7 8 1 9 79

FIG.3 - VAZOES DE DRENAGEM DURANTE A FASE DE ENCHIMENTO

DO RESERVATdRIO.

A vazaa-o desse dreno estabilizou em torno de 2.300 1/ min, em

maio de 1979, dois meses apos o reservatorio ter atingido o seu

nivel maximo.

059

Quando o nivel do reservatorio estava em torno da elevagao

376,80m, foram detectadas dual surgencias d'agua na ombreira es

querda, localizando-se nas elevagoes aproximadas 366m (estaca

96 + 00) e 359m (estaca 208 + 13). Essas surgencias se caracte

rizaram no inTcio por pequenos veios d'agua localizados ao Lon-

go de um mesmo horizonte, e aflorando nos tortes realizados pa

ra a construgao do sistema viario local.

Decidiu-se, enta`o, pela construgao de valetas superficiais de

drenagem, com profundidade da ordem de 1,0 metro, dotadas de ca

madas de filtro, tubulagao de drenagem e medidor de vazao (ao

longo da surgencia da elevagao 366m).

Na surgencia da elevaga`o 359m foi construTdo um sistema de vale

tas superficiais tambem dotado de vertedor triangular para o

controle de vazoes.

As vazoes maximas observadas nas surgencias da ombreira esquer-

da foram, ate 12.04.79, de 368 1/min e 640 1/min, respectivamen

to para as surgencias das elevagoes 366 a 359m.

5.3

0bservagao de Materiais Solidos Carreados

To logo teve inTcio o aparecimento de vazao na caixa de coleta

do dreno da estaca 191 + 10m, passou-se a controlar o teor de

s6lidos em suspensao na "agua de drenagem, medidos em p.p.m.(par

to por milhao) conforme procedimentos da norma de ensaio ASTM-D

1888-67. Esse controle foi sempre feito coletando-se simultaneamente a aqua

do reservat6rio, na mesma segao do dreno. Esses ensaios revelaram

valores variando geralmente na faixa de 20 a 80 p.p.m., com a

egua do dreno da 191 + 10m apresentando teores de materiais s5-

lidos cerca de 20 p.p.m. inferiores aqueles observados para a

egua do reservatorio. A Fig. 4 apresenta esses resultados, con

juntamente com as indices pluviometricos locais, onde se pode

observar a imediata elevagao do teor de materiais s6lidos da agua

do reservat6rio, por ocasi`ao de chuvas mais intensas, enquanto

que o dreno de 191 + 10m responde a esses acrescimos com uma de

fasagem de cerca de 10 dial.

oho

i

15

0 100

U

LE EN A

DRE O N EST CA I S 1+10

,I r1 J-

- _RES RV TOR 0

^'^n 1 MI

1 ^^1' I I^

4 L i aJ AN.1 FEV. I MAR. I ABR . I MA I. I J UN . I JUL.I AGO.1 SET. 1 0UT. I NOV.) DEZ

1979

FIG.4 - CONTROLE DE MATERIALS SdLIDOS CARREADOS NODRENO DA ESTACA 191 + 10 M.

6.

ENSAIO DE INJETABILIDADE DURANTE A FASE DE ENCHIMENTO DO RESER

VATORIO

Durante a fase de enchimento do reservat6rio foi realizado um

ensaio de injetabilidade de calda de cimento na ombreira esquer

da, para verificar a possibilidade de reforgo e/ou de extensao

da cortina de injegao existente, sob condigoes de fluxo d'"agua

pela ombreira.

Esse ensaio foi realizado quando o nivel d'agua do reservat6 -

rio encontrava-se em torno da elevacaao 373m (10 m abaixo do nT

vel m"aximo normal do reservat6rio), quando a vazao do dreno da

estaca 191 + 10m era de cerca de 1000 1/min. Consistiu na rea

lizagao de sete furos de injeq-aao, realizados segundo o metodo

"split-spacing", com distancia final de l,Om entre furos, a per

furados internamente a cortina de injecao previamente realiza-

da. A injecao foi iniciada com calda 2:1, ate a absorgao maxi

ma de 500 kg de solidos no trecho, quando o trago era mudado

para 1:1, ate uma absorg5o maxima de 500 kg de solidos no tre-

cho; mudando-se entao o trago para 0,5:1, ate a absorgao maxi-

ma de 2000 kg de solidos no trecho, ou ate a recusa.

o61

Temendo-se a possibilidade de lavagem da calda injetada, deci-

diu-se inicialmente pela utilizacao de aditivo acelerador de

pega, que permitia uma redugao do tempo de pega para cerca de

50% do normal. Verificou-se, posteriormente, que nao se fazia

necessaria a utilizag'ao desses aditivos para a obtengao de re-

cusa de calda nos furos testados.

Os resultados desse teste de injegao foram realmente surpreen

dentes, o que pode ser atestado pelos graficos de perda d'agua

especT fi ca e do peso de s61 i dos injetados, para os furos F1, F5, F3,

F6, F2, F4 e F7 (injetados nessa sequencia), conforme ilustra

do na Fig. 5. A quantidade total de s6lidos injetados nesses

sete furos totalizou 11.150 kg, com uma absor4ao media de

72,3 kg/m furo.

Ensaios de perda d'agua realizados em uma sondagem rotativa de

verificagao, perfurada entre os furos de injegao F3 e F4, reve

laram uma perda especTfica maxima de 2,0 1/m.m.atm.

Para os bons resultados desse teste de injegao contribuiram es

sencialmente o espagamento entre furos, que foi de 1,0 m, e a`

pressao de injegao, que atingiu 1,0 kg/cm2 por metro de profun

didade em rocha.

NUMERO DOS FUROS NA SEOUENCIA DE REALIZACAO DOS ENSAIOS

FIG.5 - GRA'FICOS DE ABSORcA0 DE SdLIDOS E DE PERDA EfAGUAESPECIFICA POR FUROS, PARA 0 TESTE DE INJETABILIDADE.

E

Q 0

v E 3-LL

UC

0.Nw "

00 ,

aLL

0 2-Q 0-ao I

w'wCL M

00 F-I F-3 F-3 F-6 F-2 F-4 F-7

062

7.

ANALISE TRIDIMENSIONAL DE PERCOLAcAO PELO METODO DOS ELEMENTOS

FINITOS

7.1

Generalidades e Objetivos do Estudo

Dentre a sequencia de derrames que compoem o macigo da ombrei

ra esquerda da barragem de Aqua Vermelha , a lava aglomeratica

entre as cotas nominais 353,00m e 370 , 00m,apresentou elevadas

perdas espec ! ficas.

Como indicado no item 3, o sistema de impermeabilizagao e dre

nagem da ombreira esquerda constou de trincheira de vedacao,

cortina de injegao, tapete drenante horizontal e trincheira dre

nante transversal ao eixo da barragem situada na estaca 191+10.

Com o enchimento do reservatorio, os resultados da instrumenta

c`ao indicaram no dreno da estaca 191 + 10 vazoes da ordem de

2300 1/ min e surgencias a jusante, ao longo do afloramento da

lava aglomeratica , da ordem de 1000 1/min.

A fim de se obter um melhor conhecimento sobre as condicoes de

percolagao d'agua na regi 'ao da ombreira esquerda foi executado

um estudo tridimensional de percolagao pelo Metodo dos Elemen

tos Finitos. Esse estudo visou principalmente fornecer subs!

dios para orientar sobre a necessidade de medidas adicionais

para o controle de percolacao nessa ombreira.

7.2

Hipoteses adotadas e Modelo Matematico

0 problema de percolacao proposto a sem duvida um caso de flu-

xo no confinado , envolvendo uma superflcie freatica , desde o

nivel d'agua de montante ate os niveis de afloramento observa

dos a jusante.

Considerando- se que a camada efetivamente permeavel e a lava

aglomeratica e que o estudo parametrico, uma das grandes vanta-

gens dos programas de Elementos Finitos, vi ri a a ser extremamen-

063

to onerado com a pesquisa da superficie freatica, foram assumi

das algumas hipoteses sobre a geometria do problema, de maneira

a se evitar a configuragao da superficie freatica e adotada uma

estrategia de calculo de maneira a se cumprir os objetivos pro

postos no estudo.

0 modelo matematico foi composto de varios elementos caracterTs

ticos, a saber:

a) Camada subhorizontal de lava aglomeratica com 5,00m de espes

sura, entre as cotas 358,00m e 363,00m.

b) Camada de solo de alteragao recobrindo a superficie do terre

no a jusante, denominada no estudo de "tampao de jusante", cu

ja espessura adotada foi de 2,50m.

c) Camada de solo de alteragao recobrindo a superficie do terre

no a montante, denominada "tampao de montante ", cuja espessu

ra adotada foi de 2,5m.

d) Cortina de injegao com 6,00m de espessura, executada entre

as estacas 196 + 15,00m e 200 + 10,00m.

e) Dreno de 191 + 10 ,00m com espessura de 4,00m e saida na cota

364,00m a jusante.

f) Na regiao submersa pelo nivel d ' agua de montante , represen-

tou-se tambem, alem do tampao de montante , uma camada de

10m de espessura ate a cota 373,00m, representando o macico

rochoso.

g) Filtro da parede de jusante da trincheira de vedagao com

1,50m de espessura , entre as estacas 191+10,00m e 196 + 15,00m.

Todos os calculos foram executados admitindo-se materiais iso-

tropicos e que o piano inferior do macigo rochoso, na cota

358,00m, constituido por basalto compacto, fosse impermeavel

perante o campo de permeabilidades envolvido no problema.

o64

0 modelo matematico desenvolveu - se atraves de uma area em plan

to de 700m por 600m, abrangendo a ombreira esquerda , e compos

to de 1500 nos e 913 elementos.

Uma vez evitada a possibilidade de ocorrencia do plano freati-

co atraves da disposicao geometrica dos materiais representa-

dos, partiu-se para a adocao de uma estrategia que consistiu

em separar a analise em duas fases. A primeira consistiu em

uma analise parametrica sobre os coeficientes de permeabilida-

de dos varios materiais, de maneira a se conseguir a compatibi

1 i zacao dos resul tados de vazao e de pressao obti dos pelo M.E.F.

com os resultados de vazao e subpressao fornecidos pela instru

mentagao. A compatibilizagdo buscou representar tantos os va

lores em si, quanto a sua distribuicao pelo macico.

Obtida essa compatibilizacao procurou - se, na segunda fase do

estudo, avaliar as influencias dos seguintes fatores:

- inoperancia do dreno da estaca 191 + 10m;

- prolongamento da cortina de injegao existente;

- prolongamento e reforco da cortina de injecao existente, com

base nos res ul tados do ensaio de i n jetabilidade ( vide item 6) ;

- construgao de uma valeta de drenagem a jusante , interceptan

do a camada de lava aglomeratica.

7.3

Resultados Obtidos

A Tabela I indica os coeficientes de permeabilidades finais do

modelo matematico ajustado.

065

TABELA I

MATERIAL k (cm/s ) OBSERVAQDES

lava aglomeratica 10-' espessura de 5 m

tampao de jusante 10-5 solo de alteracao

tampao de montante 5.10' z regi ao submersa

cortina de injegaoexistente

z10 - extensao 75 m

filtro da trincheira 1 espessura 1,50 m

dreno da 191 + 10 3

macigo de montante 10-3 regi'ao submersa

A Tabela II indica os casos estudados a partir do modelo ajustado

TABELA II

CORTINA DE INJECAO

CASO EXTENSAO kDRENO DA

CONDICAO ANALISADA

(m) (cm/s ) 191 + 10,00

01 75 10-2 operante Caso ajustado ( situagao atual)

01-A 75 210- inoperanteInoperancia do dreno da191 + 10

01-B 185 10-2 operante P rolongamento da cortina deinjegao existente

01-C 75 10-3 operanteReforgo da cortina de injegaoexistente

01-D 185 10-3 operante Prolongamento e reforgo da cortina de injegao

01-E 185 10-3 operanteValeta de drenagem a jusante

entre estacas 206 a 215

o66

A Tabela III indica as vaz6es ( Q) obtidas para os casos estuda-

dos, assim como a distribuicao dessas vaz6es na entrada e na sai

da do modelo matematico.

TABELA III

Q entrada (1/min) Q saida ( 1/min)

CASOSTOTAL PELA "CI" PELA "LAVA"

PELO DRENO191 + 10,00

PELA LAVA(SURGENCIAS)

01 3252 1142 2110 2356 896

01-A 810 224 586 - 810

01-B 3158 2114 1044 2288 870

01-C 2861 243 2618 2061 800

01-D 2328 665 1663 1678 650

01-E 3540 798 2742 938 2602

OBS: A vazao total de entrada a indicada na Tabela III de modo

a mostrar a vazao que atravessa a zona injetada ("CI") e

a zona no injetada ("LAVA") da lava aglomeratica.

A mesma distribuica'o a indicada na saida do modelo, de mo

do a mostrar a vazao que sai pelo dreno da 191 + 10 e a

vazao que aflora pela ombreira.

A Tabela IV indica, para todos os casos estudados , o campo de

potencias obtidos pelo M.E.F. comparados com os valores obtidos

pela instrumentacao de margo de 1979.

Para efeito ilustrativo indica-se nas figuras 6 e 7, respectiva

mente, as curvas equipotenciais dos Casos 01 e 01-E , tracadas

no piano da cota 359,25m, no interior da camada de lava aglome-

ratica.

067

TABELA 1-7-RESULTADOS DAS PRESSES MEDIDAS OBTIDAS NAS ANALISES

POSIcAO POTENCIAIS EM METRO DE COLUNA D' AGUAPTO

ESTACA AFAST/o PIEZOMETFtOSMA -0/19 CASO 01 CASO 01-A CASO 01- B CASO 01-C CASO OI-D CASO OI-E

1 60m JUS 367,8 365,5 380,3 365,4 365.2 364,8 364,0lye + 10,00

lOnr2 JUS 366,1 365,5 380,4 365,4 365,1 364,1 364,0

3COnr )US 370,4 368,4 380,4 368,2 367,8 366,8 365,0

4 194 + 10,00 45m JUS 368,9 368,1 380,5 368,0 367,4 366,5 364,9

51Om JUS 366,6 368,1 380,6 368,0 367,3 366,4 364,9

620m JUS 371,7 371 , 7 380,9 371,5 370,3 368,8 366,4

197 + 5,00 25m7MON 379,9 378,9 382%3 378,9 380,4 381,2 380,2

8 135rn JUS 371 ,4 371,9 380,5 371,6 371,3 369, 8 366.2

9 6Onr ..US 373,0 372,8 380,9 372,4 372,0 370,0 366,8199 + 5,00

10 20m JUS 374,7 373,9 381,2 373,5 372,6 370,3 367,3

1125m NON 379,3 377,9 382,1 378, 1 379,0 380 .4 379,2

12 200+10,00 20m JUS 375,3 374,8 381,3 374,2 374,0 371,2 367,8

13 80m JUS 372,3 374,8 381,0 374,4 374,4 372,7 367,9

14204+10,00 20m JUS 375,1 376, 1 381,4 375,6 375,8 373,7 369,4

IS 210 20m JUS 373,2 376,6 381,4 376,4 376,3 375,7 370,7

EIXO DA BARRAGEM

MONTANTE

CgRTIN_Q DEMJiE

FIG. 6 - LINHAS EQUIPOTENCIAIS E VETORES DE VELOCIDADE.

CASO 1 ( ELEV . 359,25 m.)

o69

FI LTon ^' '^ ^^•-CUT- OFF" i N LE A .^ ^.... 371

77• •. I . . , .1 { :. •: -.1 . 1 + \ ... }'

-.:I •:-: -- -• .

1.

I- ..DRENO OA y- ,\ I

, _ 7-UEST. 191+10 _..._'.^_ '^'^ \./ ./ .i•. ^ f _. ._

^.^. /.^i\^^.; /.:^..'.y_ ..:_.I.......^ {....:

-1• ` 364;

i i ~^^: /x`. •' 1 ''^;_` 363:

.60 ' \ 362

VALETA DE

JUSANTEDRENAGEM

FIG.7 - LINHAS EQUIPOTENCIAIS E VETORES DE VELOCIDADE.

CASO O1-E ( ELEV. 359,25 m.)

070

7,4

Conclusoes

Considerando-se os resultados obtidos dos seis modelos teori-

cos analisados e os resultados fornecidos pela instrumentagao,

destacam - se as seguintes conclusoes de interesse:

a) Apesar das simplificagoes introduzidas Para a obtengao do

modelo matematico de percolagao pela ombreira esquerda (Ca

so 01), obteve - se um excelente ajustamento entre os resulta

dos te6ricos e os fornecidos pela instrumentagao , tanto em

termos de vazoes como de subpressoes . Os resultados desse

modelo vieram tambem confirmar os elevados coeficientes de

permeabilidade verificados Para a camada de lava aglomerati

ca (10-' cm / s) e Para a cortina de injegao existente ( 10-2 cm/s) .

b) Os resultados fornecidos pelo Caso 01 - A (inoperancia do dre

no da 191 + 10), em termos de subpressao , foram valiosos pa

ra revelar a importancia que esta desempenhando o dreno da

estaca 191 + 10m nas condigoes de estabilidade do macigo es

querdo, no seu encontro com a ombreira . DaT, a importancia

do controle das condigoes de operagao desse dreno durante

a vida util da obra, com a finali'dade de se evitar qualquer

eventualidade de condigoes anomalas.

c) Os resultados fornecidos pela instrumentagao ate o momento,

revelaram que tanto as vazoes como as subpressoes na ombrei

ra esquerda apresentam -se estabilizadas, desde junho de 1979.

0 reservatorio atingiu o seu n'vel maximo ( NA 383,30m)em mar

go de 1979, apresentando - se praticamente estabi l izado em tor-

no desse nivel desde entao.

Dentro desse panorama , descartou- se a necessidade de qual-

quer medida Para a redugao ou o controle de percolagao d'agua

pela ombreira esquerda, no se descartando, entretanto, a

possibilidade dessas medidas virem a se fazer uteis com o

tempo. Nessa eventualidade , as analises realizadas revela-

ram como medidas mais eficientes as seguintes:

071

- reforgo da cortina de injegao existente e a extensao da

mesma por 185m, reduzindo em cerca de 30% a vazao do dre

no da 191 + lOm e a vazao total na ombreira esquerda;

- a solucao anterior associada a uma valeta de drenagem a

jusante, entre estacas 206 e 215m, que implicaria em um

aumento de 9% na vazao total, mas reduziria em cerca de

60% a vazao pelo dreno da 191 + 10 , com a vazao restante

sendo drenada pela valeta.

AGRADECIMENTOS

Os autores desejam expressar os seus agradecimentos a CESP -

Companhia Energetica de Sao Paulo, pela possibilidade de divul

gagao dessas informagoes e por todo o apoio recebido durante

o desenrolar do projeto, tanto por parte do pessoal da obra

quanto do pessoal dos escritorios de Sao Paulo . Ficam consigna

dos tambem os nossos agradecimentos a PROMON ENGENHAR IA S.A.,

pelo incentivo recebido e pelo apoio colocado a disposigao pa

ra a preparagao desse trabalho.

072

j

SUMARIO

Esse trabalho vem apresentar uma analise do comportamento da om

breira esquerda da Barragem de Agua Vermelha, da CESP - Companhia

Energetica de Sao Paulo, durante a fase do primeiro enchimento

do reservatorio, especialmente no que concerne a observacao de

subpressoes, vazoes e materiais solidos carreados. Nessa ombrei

ra, particularmente devido a presenga de uma camada subhorizon-

tal de lava aglomeratica de elevada permeabilidade, foi admiti-

do na fase de projeto a possibilidade de ocorrencia de surgen

cias d'agua a jusante,na fase de enchimento do reservatorio, as

quais vieram realmente a ocorrer. 0 tratamento das mesmas con-

Sistlu na execuc ao de um sistema de canaletas de drenagem dota

dos de tubos-dreno e filtro, e de caixas de controle de vazao,

que constituiu em uma solucao muito pouco onerosa, quando compa

rada as solucoes estudadas na face de projeto para a eliminagao

de qualquer possibilidade de surgencia.

A realizagao de uma analise tridimensional de percolagao pelo

MEF, possibilitou estudar dentre varias alternativas, envolven-

do cortinas de injecao e valetas de drenagem, quais as mais ade

quadas para uma redugaa-o das vazoes de percolagao, caso essa me-

dida venha a se fazer necessaria algum dia.

As vazoes de drenagem na ombreira esquerda estabilizaram-se em

3.300 1/min em marco de 1979, dois meses apos o reservat6rio ter

atingido o seu nivel maximo. Apesar dessas elevadas vazoes (on

de apenas o dreno da estaca 191 + 10m a responsavel por

2.300 1/ min), nao foi observada , ate entao , qualquer indicacao

de carreamento deleterio de particulas solidas atraves das cama

das mais permeaveis da fundacao.

073