A Usina Hidrelétrica de Irapé é constituída pelas estruturas de desvio do rio, barragem de enrocamento com núcleo argiloso, circuito de controle de vazão e circuito hidráulico de geração, conforme a imagem de satélite, arranjo e vista geral representados nas figuras 3.4, 3.5 e 3.6.
Figura 3.4 – Imagem de satélite da UHE Irapé em construção obtida através do software Google Earth Casa de Força Tomada d`água Vertedouro Extravasor Barragem Subestação Defletor Bacia de dissipação
Figura 3.6 – Vista de jusante da usina – Fonte: Cemig
A área inundada do reservatório é de 137,16 km² e os NAs Máximo Normal, Máximo Maximorum e Mínimo Minimorum situam-se nas Els. 510,00, 512,20 e 470,80, respectivamente. O NA mínimo do Canal de fuga situa-se na El. 330,20 e o NA Máximo Maximorum na El. 340,60.
O desvio do rio foi realizado pela margem direita através de dois túneis não revestidos com seções transversais e cotas de emboque distintas possibilitando que o túnel superior fosse tamponado sem a necessidade de estrutura de fechamento.
O comprimento do túnel inferior é de 1.233 m, com emboque na elevação 332,00 e desemboque na elevação 322,00. A seção do túnel é do tipo arco-retângulo modificado (tipo cogumelo) com 14,0 m de largura e 13,2 m de altura. O túnel é dotado de uma estrutura de controle com dois vãos com 5,5 m de largura e 12,0 m de altura.
O comprimento do túnel superior é de 1.069 m, com emboque na elevação 350,00 e desemboque na elevação 322,00. Este túnel possui seção arco-retangular modificada com 13,0 m de largura e 13,2 m de altura, não dispondo de estrutura de controle.
Em relação ao tipo de barragem, a presença de sulfetos na matriz rochosa do sítio de implantação foi a principal razão para que a alternativa em concreto fosse descartada. Desta forma, foi adotada uma solução com núcleo de argila e com espaldares em enrocamento, com crista na elevação 514,70. O talude de montante apresenta inclinação de 1:1,5 até a elevação 484,00, alterando para 1:1,3 em sequencia. O talude de jusante apresenta inclinação de 1:1,3 em toda sua extensão.
A partir da El. 370,00, foram implantados os “guarda-chuvas”, que serão detalhados no item 3.3.1. Para se evitar a concentração de águas na região central e mais baixa da barragem, foram previstos interceptores nas ombreiras que conduzem o volume coletado ao sistema de drenagem pluvial da barragem.
O vertedouro situa-se na margem esquerda, sendo constituído de duas calhas escavadas em rocha, com comprimento médio de 650 metros, de uma estrutura de controle do tipo perfil Creager, com soleira na El. 491,00 e de duas comportas tipo segmento, além de um descarregador de fundo (túnel extravasor) com aproximadamente 670 metros de comprimento e seção com 12,6 metros de altura.
A concepção do túnel extravasor é semelhante a do vertedouro, onde a principal diferença é a cota da soleira, na El. 450,00 projetada de modo a permitir o enchimento do reservatório antes da conclusão do aterro da barragem, garantindo as condições de segurança do empreendimento.
O trecho final das estruturas vertentes é constituído de um flip de lançamento na El. 392,00, localizado a cerca de 70 metros do leito do rio Jequitinhonha, no qual foi construída a bacia de dissipação do vertedouro. Para esta etapa, o rio foi novamente desviado através de um túnel situado na margem direita, com extensão de 258 metros e seção do tipo “cogumelo”, com 5 metros de altura.
O circuito hidráulico de geração é formado pela tomada d’água, constituída por três torres independentes, condutos forçados subterrâneos revestidos em concreto em seu
primeiro trecho e blindado no segundo, além de casa de força do tipo abrigada, encaixada na escavação da rocha, à montante do desemboque dos túneis de desvio.
3.3.1 Materiais de construção empregados
Em relação aos materiais de construção empregados na construção do barramento, foi prioritário o emprego de materiais oriundos das escavações obrigatórias, incluindo os enrocamentos constituídos por rocha sã e os intemperizados contendo sulfetos.
O núcleo da barragem é constituído de uma mistura de solo argiloso e cascalho até a El. 408,00, de modo a garantir módulos de deformabilidade elevados nesta região, onde os efeitos de arqueamento se mostravam mais significativos. A partir desta elevação, esperava-se a utilização de materiais granulares disponíveis nas jazidas de cascalho existentes na região. Entretanto, após a caracterização deste material através de ensaios de laboratório e da realização de aterro experimental, observou-se que a curva granulométrica do mesmo apresentava uma lacuna, causada pela reduzida percentagem de material passante na peneira # 200 e pela reduzida fração de areia grossa a média.
Desta forma, em vista da necessidade de se obter um material com elevada rigidez, foi estudada a possibilidade de se empregar uma mescla do cascalho com um material areno-argiloso disponível nas jazidas J1 e J2, uma vez que esta mistura resultaria em uma granulometria mais contínua e uniforme, conforme citado por Calcina et al (2009).
Como os resultados dos testes se mostraram promissores, adotou-se à partir da El. 408,00 a mescla destes materiais, na qual o percentual de solo areno-argiloso variou entre 20 e 50%. Este material foi “fabricado” através de uma usina de beneficiamento de solo, composta por um misturador do tipo pugmill e cuja disposição é mostrada na figura 3.7:
Figura 3.7 – Usina de Processamento de solo com cascalho material 3B
Em relação ao zoneamento dos materiais, a figura 3.8 apresenta a seção de maior altura do barramento, na qual foi estabelecido com base nas seguintes premissas:
• Abaixo da El. 470,00, foi adotado o enrocamento do tipo 6 no paramento de
montante que estará submerso e não promoverá a geração ácida devido às baixas taxas de oxigênio dissolvido na água. Acima desta elevação, na faixa de deplecionamento do reservatório, foi utilizado o material proveniente da pedreira Olhos d’água, isento de sulfetos e denominado tipo 7. Esta medida teve como objetivo evitar o eventual contato do material sulfetado com o oxigênio atmosférico e a água aerada do reservatório;
• Devido ao potencial de liberação de acidez armazenada como produtos de oxidação
já presentes nas rochas tipo 5 e 5A, as mesmas foram utilizadas apenas no interior do aterro da barragem;
• Devido ao fato dos materiais dispostos à jusante estarem sujeitos à exposição ao ar e
provenientes da pedreira Olhos d’água (enrocamento tipo 9), com espessura média de 4 metros;
• Para os filtros e transições foram empregados materiais processados provenientes da
pedreira Olhos d’água e areia natural, de modo a evitar que a formação de drenagem ácida à partir da percolação de fluidos através dos mesmos.
Figura 3.8 – Zoneamento de materias no interior do maciço
Classificação dos materiais para enrocamento versus potencial de formação de drenagem ácida
Os enrocamentos utilizados na construção do barramento foram classificados em função da origem do material e de seu grau de alteração, conforme apresentado na tabela 3.2.
Tabela 3.2 – Classificação dos enrocamentos segundo origem e grau de alteração do material
Zona Uso Grau de alteração Origem
5 Enrocamento Rocha pouco a medianamente decomposta
Escavações obrigatórias e/ou pedreira Paulista 5A Enrocamento Rocha medianamente a muito
decomposta
Escavações obrigatórias e/ou pedreira Paulista 6 Enrocamento Rocha pouco decomposta a sã Escavações obrigatórias
e/ou pedreira Paulista 6B Enrocamento Rocha pouco decomposta a sã Pedreira Olhos d’água
7 Enrocamento de
proteção Rocha pouco decomposta a sã Pedreira Olhos d’água 9 Enrocamento de
revestimento Rocha pouco decomposta a sã Pedreira Olhos d’água
Com exceção dos enrocamentos 6B, 7 e 9, provenientes da pedreira Olhos d’água e constituídos por rochas isentas ou que apresentavam baixos teores de sulfetos, os demais enrocamentos, denominados 5, 5A e 6, foram constituídos por rochas relativamente enriquecidas com sulfetos e provenientes de pedreira e estoques originários das escavações obrigatórias.
O enrocamento do tipo 6, utilizado nos espaldares de montante e jusante, é constituído por rocha sã a pouco decomposta, compactado em camadas de 0,80 metros, sem adição de água. O material 5A é composto por rochas medianamente a muito decomposta, com diâmetro máximo de 40 cm. O enrocamento do tipo 5 possui o mesmo diâmetro máximo, sendo constituído por rochas pouco a medianamente decompostas.
O material 5L ou random, lançado à montante do núcleo, é constituído de um solo residual jovem (saprolito) a rocha muito alterada, bem graduado, originário de decape de pedreira e de escavações obrigatórias. Este material, pela baixa permeabilidade,
funciona também como uma extensão do núcleo no sentido de montante e sua utilização foi condicionada à limitação dos teores de sulfeto em 0,1%.
Segundo Calcina et al (2009), em função das tensões envolvidas e da necessidade da utilização de materiais autocicatrizantes, foi utilizada nos filtros apenas areia natural, extraída do rio Araçuaí, enquanto que para as transições (materiais 3 e 3A) foram empregadas rochas britadas com diâmetro máximo de 25 mm e 100 mm, respectivamente, obtidas da central de beneficiamento instalada no canteiro de obras.
Para as transições e determinadas porções dos enrocamentos só puderam ser utilizadas rochas isentas ou com baixos teores de sulfetos.
A partir da El. 372,00 foram construídos no paramento de jusante os “guarda-chuvas”, tendo sido os mesmos executados em camadas de cascalho de 6,0 metros de largura, dispostos em intervalos regulares a cada três camadas de enrocamento (0,80 metros cada camada) e com direcionamento do fluxo para a região mais externa do maciço. A partir da El. 380,00, o guarda-chuva passou a ser executado com a utilização de geomembrana de PEAD com espessura de 1,5 mm, conforme detalhado nas figuras 3.9 a 3.13.
A principal função do “guarda-chuva” é impedir a infiltração da água das chuvas no interior do maciço e o eventual contato com os enrocamentos tipo 5A, 5 e 6, dispostos internamente na barragem, evitando, desta forma, a formação da drenagem ácida.
Figura 3.10 – Detalhe do “guarda-chuva” construído com cascalho (Marques Filho et al., 2009)
Figura 3.11 – Detalhe do “guarda-chuva” construído com geomembrana de PEAD (Marques Filho et al., 2009)
Visando obter uma opção tecnicamente viável para a execução do “guarda-chuva”, foi realizado na El. 436,00 um teste de campo com a geomembrana de PEAD, utilizando-se uma bobina de 12 metros de comprimento por 5,90 metros de largura.
O processo executivo baseou-se no posicionamento da bobina sobre a base compactada, seguido do desenrolamento manual do material, verificando-se visualmente sua acomodação. Na sequência, foi lançada uma camada de enrocamento em ponta de aterro, espalhando o material sobre a geomembrana e, finalizando, realizada a compactação da camada com 10 passadas do rolo Hamm 2522. Para permitir a inspeção e a avaliação do comportamento da geomembrana, foram abertas duas trincheiras na camada. De maneira geral, o material se mostrou competente, passando a substituir o cascalho na execução das camadas impermeáveis.
Figura 3.13 – Vista de montante para jusante do lançamento da geomembrana de PEAD sobre o enrocamento para execução do guarda-chuva – El. 454,50
3.4 Aspectos fisiográficos e climáticos