Aspectos Gerais do Projeto da Usina Hidrelétrica de Nova Ponte
4.1
Descrição do Projeto
A UHE Nova Ponte está localizada no rio Araguari, no município de Nova Ponte, no triângulo mineiro. A usina é de propriedade da CEMIG - Companhia Energética de Minas Gerais, tendo sido construída no período de 1987 a 1995. A capacidade total instalada é de 510 MW. Na Figura 4.1, apresenta-se o mapa de localização da usina.
A UHE Nova Ponte é composta por uma barragem de terra-enrocamento, um vertedouro de superfície, uma tomada d’água, condutos forçados e casa de força. O reservatório apresenta um volume total de acumulação de 13 x 109 m3 e área inundada de 443 km2, para o N.A. máximo normal na El. 815,00 m (CEMIG, 1996). Na Figura 4.2, apresenta-se o arranjo geral da usina.
O circuito hidráulico de geração compreende tomada d’água, condutos forçados e casa de força, localizados na margem esquerda. A tomada d’água é constituída por uma torre de concreto, com 63 m de altura, ficando a entrada do canal de adução na El. 769,00 m. Os condutos forçados são constituídos por 3 túneis escavados em rocha, com 291 m de comprimento. A casa de força é do tipo abrigada, com 3 unidades de 170 MW cada. As turbinas são do tipo Francis, com eixo vertical.
O vertedouro de superfície fica localizado na ombreira direita, com crista na El. 798,50 m. É dotado de 4 comportas radiais para controle das vazões, com 11 m de largura e 17,35 m de altura cada. A calha vertente possui 699,50 m de comprimento total, sendo revestida com concreto no trecho inicial de 164,50 m e escavada em rocha no trecho restante.
Legenda
1 Canal de Adução dos Túneis de Desvio 19 Canal de Fuga
2 Emboque do Túnel 1 20 Plataforma dos Transformadores
3 Emboque do Túnel 2 21 Subestação de 500 kV
4 Túnel 1 22 Subestação de 138kV
5 Túnel 2 23 Galeria de Cabos
6 Poço de Aeração do Túnel 1 24 Casa de Controle da Subestação
7 Canal de Descarga dos Túneis de Desvio 25 Canal de Adução do Vertedouro
8 Ensecadeira C 26 Estrutura de Controle de Fluxo do Vertedouro
9 Ensecadeira D 27 Calha Revestida em Concreto
10 Crista da Ensecadeira Incorporada 28 Espigão de Enrocamento
11 Canal de Adução da Tomada d´Água 29 Calha sem Revestimento
12 Tomada d´Água 30 Bacia de Dissipação
13 Ponte de Acesso à Tomada d´Água 31 Barragem de Terra e Enrocamento
14 Condutos Forçados 32 Acesso de Jusante da Barragem
15 Galeria de Drenagem dos Condutos Forçados 33 Crista da Barragem e Rodovia MG 190
16 Casa de Força 34 Recepção da UHE Nova Ponte
17 Edifício de Controle 35 Acesso à Galeria de Drenagem
18 Pátio de Manobras da Casa de Força 36 Canal para Desvio do Córrego
O desvio do rio foi feito através de dois túneis escavados em rocha, em elevações diferentes, ambos na ombreira esquerda. O túnel 1 encontra-se na El. 695,00 m, com 472 m de comprimento. O túnel 2 encontra-se na El. 716,00 m, possuindo 390 m de extensão.
A ensecadeira incorporada é constituída por um maciço de terra-enrocamento, com aproximadamente 500 m de extensão e crista na El. 741,50 m.
A barragem é do tipo terra-enrocamento, com 142 m de altura máxima e 1.600 m de comprimento. O volume total de aterro é da ordem de 13.370.000 m3.
A inclinação dos taludes de montante é de 1V:1,9H, até a El. 770,00 e 1V:1,65H acima desta elevação. O talude de jusante tem inclinação 1V:1,3H, com bermas de 6,0 m de largura a cada 30,0 m de desnível. A cota de coroamento da barragem está na El. 817,30 m e a largura da crista é de 12,0 m.
O aterro da barragem é constituído, basicamente, por “cascalho” e por enrocamento de basalto. O “cascalho” foi utilizado a montante e na região central, constituindo a zona de vedação da barragem. O enrocamento foi empregado principalmente a jusante. No flanco de montante, foi utilizado enrocamento apenas no trecho acima da El. 770,00 m, de modo a permitir a adoção de um talude mais íngreme a partir desta cota.
O material do aterro denominado “cascalho” é na verdade uma areia argilo-siltosa, com grande porcentagem de pedregulhos. A presença de uma matriz fina em conjunto com areia e pedregulho dá ao “cascalho” características de baixa permeabilidade, razão pela qual pôde ser utilizado na zona de vedação da barragem. O material compactado apresenta ainda elevada resistência e baixa compressibilidade.
O sistema de drenagem interno da barragem é constituído por um filtro septo vertical de areia com espessura de 1,0 m, interligado a um tapete drenante horizontal implantado sobre uma camada de “cascalho” no prolongamento do núcleo.
Para proteção do talude de montante, foi executada uma zona de “rip-rap” na faixa de oscilação do nível d´água. Na Figura 4.3, apresenta-se a seção típica da barragem no leito do rio. C 1 0,6 El. 817,30 El. 788,00 El. 758,00 El. 728,00 El. 770,00 11,9 1,65 1 1 1,3 Legenda: C - cascalho E - enrocamento R - rocha (xisto) R E E E 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 650 660 670 680 690 700 710 720 730 740 750 760 770 780 790 800 810 820 830
Figura 4.3 – Seção Típica da Barragem no Leito do Rio
A barragem encontra-se quase que totalmente apoiada sobre rocha, exceto no alto das ombreiras direita e esquerda. No leito do rio, o topo rochoso é constituído por xisto basicamente são e na maior parte das ombreiras, por basalto são ou pouco alterado. Nos trechos finais das duas ombreiras, a barragem está assente sobre saprolito de basalto.
4.2 Aspectos Geológicos do Local
A geologia regional se caracteriza por uma série de derrames basálticos em contato com xistos pré-cambrianos. Este contato é a feição geológica mais importante, abrangendo toda a área de implantação do empreendimento. Estende-se horizontalmente em torno da El. 700,00 m, pouco acima do leito do rio Araguari. É constituído por uma fina camada de arenito/brecha sedimentar, com espessura em geral inferior a 1 m.
O topo rochoso do basalto denso do derrame I encontra-se praticamente horizontalizado, em torno da El. 760,00 m. Apresenta-se pouco alterado, exceto nas zonas das juntas subverticais e subhorizontais.
O topo rochoso do basalto denso do derrame II encontra-se em torno da El. 796,00 m. Apresenta-se pouco alterado e pouco fraturado, exceto pela presença de juntas subhorizontais.
O contato interderrames I e II é caracterizado por uma zona de rocha basáltica relaxada, muito fraturada, de medianamente a muito alterada, conformando um degrau na ombreira.
Recobrindo os maciços rochosos, ocorrem rochas saprolitizadas, saprolitos, colúvios, tálus e aluviões. Na Figura 4.4, apresenta-se a seção geológica pelo eixo da barragem.
El. 817,30 X BI BI BII BII S S Legenda: S - Saprolito
BII - Basalto (Derrame II) BI - Basalto (Derrame I) X - Xisto 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 600 650 700 750 800 850
Figura 4.4 – Seção Geológica pelo Eixo da Barragem
4.3 Características Geotécnicas da Fundação
No leito do rio, o aterro da barragem foi assente sobre topo rochoso, constituído por xisto basicamente são.
Para efeito de tratamento e preparo de fundação, foi definida uma zona do aterro a montante do eixo denominada “núcleo teórico”, com uma extensão de 0,6H. Nesta expressão, H representa a carga hidráulica do reservatório. Na região do núcleo teórico, foi executada uma rigorosa limpeza da fundação, incluindo a colocação de concreto dental nas fraturas abertas e depressões (Leme Engenharia, 1990).
No sopé do “canyon” escavado pelo rio, próximo à El. 700,00 m, ocorre o contato basalto/xisto. O topo do vale fica em torno da El. 725,00 m. Em função do elevado estágio de movimentação e do alto grau de fraturamento do basalto neste trecho, além da grande permeabilidade do contato geológico, o material alterado foi totalmente escavado na região do “canyon”, ficando a barragem assente sobre basalto e xisto sãos.
Na maior parte das ombreiras, a barragem está apoiada sobre o horizonte rochoso de basalto são ou pouco alterado, tendo sido removido todo o material de cobertura.
Na margem direita, num trecho de cerca de 170,0 m de extensão, próximo ao vertedouro, a barragem foi assente sobre saprolito, com SPT ≥ 10. Entretanto, na região do “núcleo teórico”, foi escavado um “cut off”, ficando o aterro de “cascalho” apoiado sobre o topo rochoso pouco alterado. Na Figura 4.5, apresenta-se a seção típica da barragem neste trecho da ombreira direita.
C E S S R El. 817,30 El. 788,00 1,3 1 1,65 1 Legenda: C - cascalho E - enrocamento S - saprolito R - rocha (basalto) E 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 700 710 720 730 740 750 760 770 780 790 800 810 820 830 840 850 860 870 880
Nos trechos finais da barragem, tanto na ombreira direita quanto na esquerda, o aterro foi assente sobre o topo do saprolito de basalto. Entretanto, em função da pequena altura da barragem e da elevada espessura do horizonte de saprolito, não foi executado um “cut off” nestes locais.
Para tratamento e impermeabilização da fundação, especialmente do contato geológico, foi executada uma cortina de injeções com calda de cimento na região do “núcleo teórico” da barragem.
4.4 Materiais Utilizados na Construção
4.4.1 Material Impermeável – “Cascalho”
O material impermeável utilizado na construção da barragem de Nova Ponte era constituído predominantemente por areia argilo-siltosa, com pedregulhos, de cor marrom-avermelhada. Este material, denominado na fase de projeto como “cascalho”, era proveniente das áreas de empréstimo A e B.
O material da jazida A foi utilizado na maior parte do maciço da barragem. Nos ensaios realizados com amostras indeformadas extraídas do corpo da barragem, o material apresentou grau de compactação em torno de 102% em relação ao Proctor Normal e umidade natural de 1% a 2% abaixo da ótima. O peso específico natural aparente era da ordem de 20,7 kN/m3 e o teor de umidade de 7,1%, em média.
O material da jazida B foi utilizado, basicamente, na parte superior do aterro, acima de El. 775,00 m, aproximadamente. Este material apresentava-se mais fino e argiloso, com menor porcentagem de pedregulhos. O grau de compactação obtido no campo situou-se entre 99% e 102,5% em relação ao Proctor Normal, com desvio de umidade entre –1% e –2% em relação à umidade ótima. O peso específico natural aparente era da ordem de 20 kN/m3 e o teor de umidade de 7,9%, em média.
Para o material da jazida A, os parâmetros de resistência adotados no projeto foram (Leme Engenharia, 1994):
• para o critério de ruptura (σ’1/σ’3)máx c = 65 kPa e φ = 27,50;
c’ =0 kPa e φ’ = 420.
• para o critério de ruptura (σ1-σ3)máx c = 100 kPa e φ = 27,50;
c’ =0 kPa e φ’ = 380.
Para o material da jazida B, os parâmetros de resistência adotados no projeto foram (Leme Engenharia, 1994):
• para o critério de ruptura (σ’1/σ’3)máx c = 140 kPa e φ = 170;
c’ =0 kPa e φ’ =380.
• para o critério de ruptura (σ1-σ3)máx c = 140 kPa e φ = 240;
c’ = 0 kPa e φ’ = 370.
De acordo com estes resultados, observa-se que o cascalho da jazida B apresenta resistência não drenada um pouco inferior à do material da jazida A, relacionado ao maior desenvolvimento de pressões neutras. Em termos de tensões efetivas, estas diferenças são pequenas, dentro do intervalo de precisão dos ensaios.
4.4.2 Areia
Para a execução do filtro vertical foi utilizada areia natural e artificial, com granulometria na faixa de areia média a grossa, com D85 mínimo de 1,4 mm.
Para compactação da areia, foram utilizadas 6 passadas do rolo liso vibratório com molhagem do material, buscando-se uma compacidade relativa da ordem de 70%. Os ensaios de controle de campo apresentaram um peso específico aparente seco médio de 16 kN/m3 e uma incidência razoável de valores de compacidade relativa inferiores à média especificada.
4.4.3 Enrocamento
O enrocamento utilizado em Nova Ponte é constituído basicamente por basalto proveniente das escavações obrigatórias, com diâmetro máximo de 0,80 m.
O material foi compactado em camadas de 0,80 m de espessura e o controle de compactação feito através da densidade obtida no campo. De acordo com os dados de controle de campo, o peso específico aparente seco médio do enrocamento foi da ordem de 21,2 kN/m3.