COMITÊ BRASILEIRO DE BARRAGENS
XXV SEMINÁRIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS SALVADOR, 12 A 15 DE OUTUBRO DE 2003
T92 –A10
REAVALIAÇÃO DA SEGURANÇA E DOS VALORES DE CONTROLE DA INSTRUMENTAÇÃO DAS ESTRUTURAS CIVIS DA UHE JURUMIRIM
Selmo Chapira Kuperman Sergio Cifu
Maria Regina Moretti Giacomo Re
THEMAG ENGENHARIA E GERENCIAMENTO
Pedro Nunes Pereira Rui Pires dos Santos Wagner V.F. Ferreira
DUKE ENERGY - GERAÇÃO PARANAPANEMA
RESUMO
Ciente das responsabilidades inerentes à concessão e operação de um sistema de geração composto por oito usinas hidrelétricas de grande porte localizadas ao longo do rio Paranapanema, a Duke Energy decidiu reavaliar estas instalações, para verificar suas condições de segurança e implantar medidas corretivas, caso fossem necessárias. Este trabalho trata dos serviços de reavaliação da segurança estrutural e dos valores de controle dos instrumentos de auscultação das estruturas civis da UHE Jurumirim.
Palavras Chaves: segurança de barragens, usina Jurumirim, instrumentação, reavaliação, valores de controle, Duke Energy
ABSTRACT
Conscious of its responsibilities as an owner of eight large hydroelectric powerplants at the Paranapanema river, Duke Energy decided to have them reevaluated from a civil engineering standpoint, having its safety checked and adopting corrective actions if deemed necessary. This paper deals with the structural safety reevaluation of Jurumirim Hydropowerplant and with the limits envisaged for the instrumentation installed in order to monitor the civil structures.
1 - INTRODUÇÃO
Todas as estruturas criadas pelo ser humano apresentam certos riscos sendo que as barragens estão situadas entre as que, potencialmente, podem provocar maiores danos em caso de ruína, embora seu risco de colapso seja significativamente inferior ao de outras obras elaboradas pelo homem (tais como aviões, centrais nucleares, etc). A maioria das ruínas ocorridas nestas obras, provavelmente, poderia ter sido evitada caso as estruturas e suas fundações tivessem sido inspecionadas, monitoradas, seu comportamento analisado continuamente e se medidas corretivas adequadas tivessem sido adotadas em tempo hábil.
Embora a possibilidade de ocorrência da ruptura de barragens seja pouco provável e de baixíssima probabilidade de ocorrência, o imenso potencial de perdas decorrentes de possíveis rupturas acidentais, deixa clara a grande responsabilidade das concessionárias e proprietárias na operação e manutenção destes empreendimentos, assim como releva a importância do papel dos órgãos governamentais regulamentadores, agentes privados, organismos não-governamentais e sociedade civil no sentido de minimizar a possibilidade da ocorrência de acidentes desta natureza. Neste contexto, principalmente nos paises desenvolvidos, tem havido um grande esforço destas entidades no sentido de estabelecer critérios mínimos e diretrizes básicas a serem seguidas por empresas proprietárias e/ou concessionárias de barragens. Dentro deste conceito, a comprovação do nível de segurança das barragens, por meio de reavaliações periódicas das condições de segurança das estruturas civis que a compõem, tem sido exigida como condição necessária para se ter continuidade com a concessão dos empreendimentos. No Brasil esta questão passa a ser de grande relevância, principalmente, considerando-se a existência de um elevado número de grandes barragens, com grande importância estratégica do ponto de vista energético, abastecimento de água e irrigação, e também com grande potencial de perdas, em caso de acidentes, em função de suas localizações, próximo de centros urbanos importantes.
Um passo inicial importante foi dado, recentemente, pelo Ministério da Integração Nacional, através da emissão do "Manual de Segurança e Inspeção de Barragens” e está sendo motivo de debates no meio técnico nacional. Este tipo de estudo é, normalmente, desenvolvido pela Duke Energy nos Estados Unidos, pois se trata de uma exigência legal daquele país. No Brasil, trata-se de um passo à frente da legislação.
Ciente das responsabilidades inerentes à concessão e operação de um sistema de geração composto por oito usinas hidrelétricas de grande porte localizadas ao longo do rio Paranapanema, a Duke Energy decidiu reavaliar estas instalações, para verificar suas condições de segurança e implantar medidas corretivas, caso fossem necessárias. Neste sentido contratou a Themag Engenharia e Gerenciamento para a realização de serviços de reavaliação da segurança estrutural e dos valores de controle dos instrumentos
de auscultação das estruturas civis da UHE Jurumirim. Os trabalhos encerraram-se em 2001.
Através desta e de outras ações de caráter técnico bem como de sua divulgação a Duke responde aos anseios da sociedade e coloca-se, junto com outras algumas outras empresas, em posição de vanguarda no que se refere às garantias dadas à população sobre a segurança de suas usinas hidrelétricas. Ao mesmo tempo antecipa-se às exigências que deverão ser estabelecidas, pela legislação brasileira, no tocante à segurança de barragens. Um resumo dos trabalhos realizados e suas conclusões são apresentados a seguir.
2 - UHE JURUMIRIM
A Figura 1 apresenta uma planta geral do aproveitamento. A Figura 2 mostra as obras dos barramentos de Jurumirim, denominada oficialmente como "UHE
Armando Avellanal Laydner", executadas no período de 1959 a 1962 e que constituem parte da história nacional de amadurecimento dos projetos de hidrelétricas.
A barragem de concreto, conforme mostrado na Figura 3, é do tipo gravidade, tem 50,00 m de altura máxima sobre as fundações e largura do coroamento de 6,50 m. O vertedouro, cuja seção transversal consta da Figura 4, possui três comportas, comprimento total de 48,00 m e 40,00 m de altura máxima sobre as fundações, com uma capacidade de descarga total de 2.328 m³/s. Existe, também, um descarregador de fundo, com dois vãos e capacidade de descarga de 244 m³/s.
A casa de máquinas abriga duas unidades tipo Kaplan e a potência instalada é de 98 MW. A Figura 5 apresenta seção com a tomada d’água e a casa de máquinas. O volume total de concreto é de 200.000m3.
Figura 1 – UHE Jurumirim - Planta geral do aproveitamento
Figura 3 – UHE Jurumirim – Barragem de concreto
Figura 4 - UHE Jurumirim - Vertedouro
O dique de terra apresentado, esquematicamente, na Figura 6 é do tipo aterro compactado, com 13m de altura máxima sobre as fundações e volume de 230.000m3.As estruturas de concreto estão assentes em basalto, enquanto o dique da margem esquerda, adjacente a essas estruturas, encontra-se fundado em zona de arenito
No transcorrer de seu projeto houve a participação de renomados consultores internacionais e engenheiros nacionais que tornaram-se esteios da experiência brasileira no projeto de grandes barragens.
No caso do dique de terra foi possível o desenvolvimento de ampla troca de conhecimentos internacionais, com ênfase aos solos porosos de fundação, tendo sido as fundações instrumentadas a partir da fase da construção da obra. A instrumentação prevista para o dique, no desenvolvimento do projeto pode ser considerada satisfatória para o acompanhamento dos fenômenos impostos pelo enchimento do reservatório.
Figura 6 – UHE Jurumirim – Dique de terra
3 - METODOLOGIA EMPREGADA
Os serviços de reavaliação englobaram os seguintes aspectos principais:
• inspeção da UHE Jurumirim por equipe multidisciplinar, composta por especialistas das modalidades Estruturas, Geotecnia, Hidráulica, Mecânica e Tecnologia de Concreto;
• consolidação das informações disponíveis em relatórios, desenhos, memórias de cálculo e trabalhos de congresso. Salienta-se que foram encontradas disparidades entre desenhos da época da construção e relatórios disponíveis. Algumas das dúvidas surgidas foram sanadas durante o transcorrer dos serviços efetuados enquanto outras deverão ser solucionadas no futuro;
• análises dos resultados obtidos pela instrumentação das estruturas de concreto e do dique de terra. Reavaliação da instrumentação instalada, recomendações de complementação, tentativa de fixação de valores limites de leitura e recomendação de novas freqüências de leitura dos aparelhos;
• avaliação das condições de segurança atuais das estruturas de concreto tendo sido sugerido o desenvolvimento de medidas complementares de obras e/ou pesquisas;
• avaliação das condições de segurança atuais do dique de terra tendo sido sugerido o desenvolvimento de medidas complementares de obras e/ou pesquisas.
• Elaboração de um manual de inspeção civil, planilha de inspeção customizada e estabelecimento de freqüências de inspeção.
4 - ESTRUTURAS DE CONCRETO
Para análise do desempenho das diversas estruturas (Barragem de Gravidade, Tomada d’Água, Casa de Força, Vertedouro, Descarregador de Fundo, Muros Divisórios e de Separação, etc) foram realizadas inspeções dos locais, desenvolvidos estudos relativos à série histórica de leituras piezométricas, análises de registros históricos obtidos em relatórios de inspeções e estudos de estabilidade dos blocos componentes do barramento.
4.1 - FUNDAÇÕES DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO
4.1.1 - Generalidades
As estruturas da Casa de Força, Descarregador de Fundo e Vertedouro, estão assentes em região próxima ao leito do rio, que se apresenta estruturalmente muito conturbada, com presença de inúmeros diques de materiais intrusivos com diferentes espessuras. A região das fundações da Barragem de Gravidade da Margem Esquerda é constituída por basalto denso apresentando fraturamento colunar comum a esse tipo de rocha. As fundações da Barragem de Gravidade da Margem Direita são constituídas por basaltos vesiculares e brecha basáltica (sílico-calcária) com características de elevadas resistências. Os tratamentos de fundação adotados, muito provavelmente, foram adaptados em função de atitudes das descontinuidades expostas durante a fase de escavação, visando à interceptação de tais feições. Apesar dos esforços empreendidos as investigações executadas, principalmente nas fundações das estruturas de concreto não seriam, atualmente, consideradas suficientes.
Quanto ao dimensionamento e projeto do sistema de drenagem muito provavelmente estes não puderam ser realizados com base em modelos hidrogeológicos tendo em vista a precariedade das informações ainda mais se for considerado que, na época do projeto da UHE Jurumirim, a Mecânica das Rochas ainda estava em seus estágios iniciais de desenvolvimento.
A presença de material betuminoso nas fundações foi relatada durante o processo construtivo e há suspeitas que esse material tenha efluído pelos drenos pois, nestes, foram coletadas amostras de coloração escura. Este deve fornecer ao maciço características de condutividade hidráulica muito pobres impedindo, por outro lado, a injeção, nas fraturas, dos materiais destinados a
impermeabilizá-las. As análises químicas executadas em materiais coletados nos furos de drenagem, haviam sido dirigidas apenas à identificação de compostos inorgânicos. Para melhor conhecimento e entendimento da questão, recomendou-se a realização de ensaios químicos, visando também à identificação do material de cor escura afluente em alguns pontos da galeria de drenagem. Detectou-se a presença de óxido de ferro no sistema de drenagem das estruturas de concreto, o que é bastante comum em obras executadas em basalto, pois o elemento ferro faz parte da composição da rocha.
4.1.2 - Instrumentação das estruturas de concreto
O projeto original não contemplou a instalação de instrumentos de controle, seja nas estruturas de concreto ou em suas fundações.Em função das baixas vazões verificadas no sistema de drenagem e pela constatação de ocorrência de entupimentos, mesmo que parciais, de alguns furos de drenagem foram instalados, entre o período de 1975 e 1977, 32 piezômetros tipo tubo. Estes foram locados em quase sua totalidade ao longo da galeria de montante no contato concreto rocha, o que não permite pleno conhecimento do comportamento do maciço de fundação e sem o desenvolvimento prévio de um modelo hidrogeológico ou geomecânico. Alguns piezômetros foram instalados entre contatos de maciço basáltico com diques intrusivos, porém não de maneira sistemática que resultassem em dados para elaboração de um modelo da fundação. O sistema de piezômetros, instalado cerca de 16 anos após a entrada em operação da Usina, apenas constatou a precária eficiência do sistema de drenagem para o controle do desenvolvimento de subpressões
4.1.3 - Sistemas de tratamento de fundação – Problemas
Após análise dos dados piezométricos puderam ser observados os seguintes principais aspectos:
• Ficou evidente a baixa eficiência do sistema de drenagem profunda das fundações para controle de subpressões, registrando-se a redução gradativa das vazões afluentes aos poucos drenos vertentes;
• Mesmo após a limpeza de drenos, estes tendiam a perder sua capacidade de drenagem. Não existiam indícios seguros quanto a processos de lixiviação da cortina, pois os drenos não apresentavam obstruções de natureza calcária;
• A baixa eficiência da drenagem devia ter origem nas próprias características pouco permeáveis dos materiais de fundação em função do tipo de preenchimento de suas descontinuidades, associada à geometria dos furos, não orientada para a interceptação de feições mais permeáveis;
• As inspeções visuais, efetuadas regularmente, registravam a ocorrência de baixas vazões pelos drenos e indícios de ocorrência de material ferruginoso e betuminoso carreado, ao mesmo tempo em que os
pressões neutras nas camadas de rocha imediatamente adjacentes às estruturas de concreto;
• O sistema de auscultação poderia estar sofrendo os mesmos problemas de eventuais colmatações que afetam o sistema de drenagem. Alguns instrumentos apresentavam respostas muito lentas, como por exemplo, fechamento do manômetro e estabilização da leitura após cerca de 24 horas;
• Os piezômetros existentes, em quase sua totalidade, estavam instalados no contato concreto/rocha, geralmente de boa qualidade e não representativo do maciço rochoso de fundação.
4.1.4 - Sistemas de tratamento de fundação – Recomendações
As seguintes principais recomendações, para solucionar os problemas apontados, foram:
• Elaboração de um plano para verificação das condições de funcionamento dos piezômetros de tubo, obtendo-se a permeabilidade equivalente da feição instrumentada ou do bulbo do instrumento;
• Determinação da permeabilidade equivalente de cada dreno da fundação. Essa determinação poderia ser realizada a partir de ensaios de rebaixamento com medidas de tempo, ou através de ensaios de perda d’água específica sob pressão, caso os primeiros ensaios se mostrassem inadequados;
• Execução de sondagens rotativas visando uma modelagem do maciço de fundação, inclusive com ensaios de perda d’água específica, para caracterização da sua condutividade. Recomendou-se considerar a possibilidade de execução de ensaios de permeabilidade tridimensionais tipo “cross-hole” e aproveitar para investigar a ocorrência do chamado “material betuminoso”.
Em função destas análises poderiam ser sugeridos tratamentos complementares (tais como reperfuração de drenos com maior diâmetro, recuperação dos atuais piezômetros, instalação de novos piezômetros em outros locais da fundação, eventual reforço da cortina de injeção) que pudessem conduzir o maciço de fundação a níveis de subpressões mais adequados.
4.2. SEGURANÇA DAS ESTRUTURAS DE CONCRETO
Para todas as estruturas foram efetuadas análises de estabilidade. Tendo em conta a necessidade de reavaliação das condições de segurança destas estruturas para os valores de subpressão decorrentes da instrumentação, foi feito um levantamento, para todos os piezômetros instalados, das informações registradas de janeiro de 1978 até outubro de 2000. Foram definidas e classificadas, para todas as estruturas analisadas, seis condições de carregamento, a saber:
• Carregamento 1 (Condição de Carregamento Normal - CCN): onde o nível d’água montante (NAM) é o normal, a subpressão obtida a partir da instrumentação, correspondente à máxima leitura registrada para cada piezômetro, nível d’água de jusante (NAJ) como o registrado na mesma data da máxima piezometria e assoreamento;
• Carregamento 2 (CCN): NAM normal, NAJ máximo normal, drenagem operante, com diagrama do USBR – United States Bureau of Reclamation e assoreamento;
• Carregamento 3 (Condição de Carregamento Excepcional – CCE): NAM normal, NAJ máximo normal, drenagem operante - USBR, sismo com 5% de “g” na horizontal e vertical, assoreamento;
• Carregamento 4 (CCE): NAM excepcional, NAJ máximo normal, drenagem operante - USBR, assoreamento;
• Carregamento 5 (Condição de Carregamento Limite - CCL): NAM excepcional, NAJ máximo normal, drenagem inoperante, assoreamento;
• Carregamento 6 (CCL): NAM normal, NAJ máximo normal, drenagem inoperante, sismo de 5% de “g” na horizontal e vertical, assoreamento. A seguir apresentam-se as conclusões das análises efetuadas para cada uma das estruturas de concreto.
4.2.1 - Barragem de Gravidade - Margens Direita e Esquerda
A barragem de concreto da margem esquerda é constituída por um conjunto de 18 blocos de gravidade com cota de fundação variável. É importante ressaltar que, para todos os blocos analisados, os diagramas de subpressão decorrentes da piezometria observada, eram sempre inferiores aos diagramas decorrentes do critério proposto pelo USBR; desta forma dentre os casos de carregamentos normais, o carregamento 2 (CCN), era sempre mais desfavorável. Assim, para os demais carregamentos, na hipótese de consideração de drenos operantes se consideram, como condição mais desfavorável, os diagramas de sub-pressão recomendados pelo USBR.
Os resultados das análises efetuadas para seis blocos da barragem de concreto e para as seis condições de carregamentos consideradas mostraram que: para os carregamentos normais todos os blocos analisados atendem a todas as condições de segurança, respeitando inclusive a condição de seção de contato estrutura-fundação totalmente comprimida, que é exigência para situações de carregamentos normais; para os carregamentos excepcionais todos os blocos analisados atendem a todas as condições de segurança; para os carregamentos limites todos os blocos analisados atendem a todas as condições de segurança. Estes carregamentos, que permitem descolamento das seções de contato, mostram que no caso do carregamento 5 (CCL) sem sismo, há descolamento da seção de contato com uniformização da subpressão, em todos os blocos, com extensões tanto maiores quanto maior
descolamento da seção de contato, sem uniformização da subpressão, também com extensões tanto maiores quanto maior for a altura do bloco.
Concluiu-se que para os carregamentos excepcionais e limites, cujos critérios permitem descolamento da seção de contato, o valor máximo do comprimento descolado, com uniformização da subpressão, se dá para o carregamento 5 (CCL) do bloco 16, e corresponde a 50% da base, valor este aceitável para uma condição limite de carregamento.
4.2.2 - Vertedouro
Os resultados das análises efetuadas para os dois blocos do Vertedouro de Superfície e para todas as condições de carregamento já definidas indicaram que os blocos atendem, com folga, a todas as condições de segurança impostas pelos critérios de projeto. De qualquer modo, enfatizou-se a importância de que fossem seguidas as considerações indicadas, anteriormente, no tópico relativo às recomendações para o sistema de tratamento das fundações.
4.2.3 - Descarregador de Fundo
As análises efetuadas indicaram que, para os carregamentos normais, todas as condições de segurança são atendidas inclusive respeitando a condição de seção de contato estrutura-fundação totalmente comprimida. Para os carregamentos excepcionais e limites todas as condições de segurança são atendidas e os eventuais descolamentos obedecem aos critérios de projeto adotados. O máximo descolamento da seção de contato com a fundação se dá para o carregamento limite 6 (CCL) e atinge 38% da base, valor este aceitável para esta condição de carregamento.
4.2.4 - Tomada d’Água/ Casa de Força
As análises de estabilidade efetuadas para os blocos da Tomada d´Água indicam que atendem, com folga, todas as condições de segurança impostas pelos critérios de projeto, sendo os fatores de segurança superiores aos valores mínimos exigidos. Para os carregamentos normais, todas as condições de segurança são atendidas, respeitando inclusive a condição de seção de contato estrutura-fundação totalmente comprimida.
4.2.5 - Muro Separador
Apesar de já ter sido reparado em 1979, o muro separador entre o Vertedouro de Superfície e o Descarregador de Fundo vem apresentando erosões em suas fundações, atribuídas à ação do fluxo de água na região, constatadas através de sucessivas campanhas de inspeção subaquática. Embora a estrutura não
apresente, no momento, problemas de estabilidade recomendou-se que fosse efetuada recomposição dos pontos afetados, com concreto submerso, de forma a estancar o processo erosivo.
5 - DIQUE DE TERRA
Para análise do desempenho do Dique de Terra, além das inspeções realizadas foram desenvolvidos estudos relativos à série histórica de leituras piezométricas, análises de percolação, estudos de estabilidade e análises de registros históricos obtidos em relatórios de inspeções e controles. Objetivou-se atenuar condições consideradas inseguras, como instalação de poços de alívio a jusante do dique e drenagens subsuperficiais rasas visando o controle e captação de águas em trechos alagadiços de jusante.
A partir das análises dos dados de instrumentação pode-se ter uma avaliação bastante realista do funcionamento do sistema de drenagem interna do dique, bem como do desenvolvimento de subpressões máximas sob condições extremas de solicitação (reservatório em níveis máximos).
As análises de percolação permitiram, além de uma melhor avaliação do padrão de percolação pela fundação, a verificação das condições de funcionamento e adequabilidade dos sistemas de drenagem.
As análises de estabilidade, em função dos parâmetros adotados, apresentaram valores de fatores de segurança satisfatórios mesmo em condições críticas de solicitação. Foram observados, no entanto, possíveis elevados gradientes de saída junto ao pé de jusante do dique tendo sido recomendada a elaboração de pesquisas de campo, através da abertura de pelo menos dois poços de inspeção, para avaliação da condição de filtro do material de proteção do terreno natural nesta região.
5.1. INSTRUMENTAÇÃO DO DIQUE DE TERRA
A partir da instrumentação existente pôde-se ter uma avaliação bastante clara do desempenho do dique, bem como identificações de aspectos mais frágeis quanto à segurança da obra. Quanto a acurácia das leituras, em função da pequena dispersão de dados, pode-se concluir que estes apresentavam coerências bastante satisfatórias e confiáveis. Nos casos de instrumentos instalados na fundação e tapete horizontal que apresentaram comportamento duvidoso, recomendou-se a realização de ensaios de recuperação, anotando-se os tempos de recuperação de maneira a comparar-anotando-se com dados anteriores, e a execução de ensaio de rebaixamento.
Na seção de máxima altura, foi proposta a instalação de oito piezômetros adicionais com cota de instalação perfeitamente definida.
6 - INSTRUMENTAÇÃO: REAVALIAÇÃO, NÍVEIS DE CONTROLE E FREQÜÊNCIA
6.1 - ESTRUTURAS DE CONCRETO E DIQUE DE TERRA
Quando da construção das estruturas de concreto da UHE Jurumirim pouca instrumentação para auxiliar na avaliação do comportamento foi instalada: drenos, 70 ao todo, perfurados a partir da galeria de drenagem sendo que alguns foram, eventualmente, utilizados para medir a pressão d’água. Posteriormente, foram instalados 12 marcos superficiais para detecção de deslocamentos relativos horizontais e verticais. Os resultados de leituras efetuadas em campanhas, até 1988, mostraram pequenos deslocamentos horizontais, chegando a um máximo de 7 mm e verticais (recalques), com um máximo de cerca de 3 mm. Cerca de 16 anos após a construção foram instalados 32 piezômetros no contato concreto-rocha para avaliação das subpressões atuantes.
Após a interpretação dos resultados obtidos na implementação das ações descritas, anteriormente, relacionadas com as investigações sobre as fundações das estruturas de concreto poderá ser necessária a recuperação dos piezômetros existentes e/ou a instalação de novos instrumentos de controle das subpressões. Os instrumentos, eventualmente, poderão vir a ser de outros tipos para respostas mais rápidas e seguras, em outros locais da fundação, inclusive a maior profundidade, em feições importantes identificadas na fase de investigação.
Para o Dique de Terra foi sugerida uma complementação da instrumentação, através da instalação de oito piezômetros, sendo dois por furo. Para monitorar a ocorrência de pequenas deformações verificadas no talude de montante próximo à crista do dique, sugeriu-se a instalação de inclinômetros. Alternativamente, poderia ser realizado controle utilizando-se pontos de referência, executados a partir de hastes solidarizadas ao maciço compactado e acompanhadas topograficamente.
6.2 - NÍVEIS DE CONTROLE
Uma análise efetuada em todos os instrumentos do dique de terra mostrou que a maioria dos piezômetros apresenta valores coerentes sendo mínimos os casos que podem ser classificados como de leituras errôneas. Por estas razões optou-se pelo uso de modelo estatístico para a fixação dos Valores de Referência de Leituras da Instrumentação. A fixação de valores para caracterizar limites de alerta e/ou de emergência de todos os instrumentos carece de significado para o Dique de Terra. O critério adotado prevê que situações de alerta ou atenção são atingidas quando os Valores de Referência de Leituras são ultrapassados ou quando as medições indicam o início de uma tendência que foge do padrão estabelecido ao longo do tempo e que é função das ações atuantes e seus efeitos. Levando em conta que o dique de terra da UHE Jurumirim tem cerca de 40 anos de construção e operação, possuindo
uma extensa série histórica de leituras que retratam as condições por que passou e sabendo através da análise de relatórios e inspeções que o comportamento do mesmo é normal, decidiu-se empregar a estatística como ferramenta no trabalho. Uma das hipóteses básicas é a de que se os valores medidos pelos mesmos instrumentos permanecerem variando dentro de uma determinada faixa, ao longo do tempo, mantendo-se todas as outras condições idênticas às passadas, o comportamento das estruturas continuará dentro da normalidade. Outras duas premissas são de que os valores medidos obedecem a uma distribuição normal e o grau de confiança deve ficar entre 70% e 100%. O roteiro seguido para a análise estatística dos dados de instrumentação do Dique de Terra começou com a representação gráfica da série histórica de leituras de cada instrumento, inspeção visual dos gráficos à busca de traços marcantes, tendências, oscilações sazonais, oscilações associadas a eventos relevantes, enfim, toda e qualquer característica que pudesse servir de orientação para a análise estatística. Foram efetuadas análises de correlação das leituras com as ações atuantes, a saber: nível d’água montante, nível d’água jusante, diferença de nível d’água entre montante e jusante. Para os piezômetros e medidores de vazão foram examinadas as correlações das leituras com o nível d’água de montante, com o nível d’água de jusante e com a diferença entre ambos. Em todos os casos foram feitos testes estatísticos de significância das correlações, com análise não apenas do coeficiente de determinação mas também do fator de significância (teste F). No dique, a maioria dos aparelhos indica uma estabilização de leituras ou variações em consonância com as oscilações do nível d’água do reservatório.
Os Valores de Referência de Leituras serão úteis para o corpo técnico da Duke nas análises preliminares sobre o comportamento das estruturas, seja se forem constatadas variações repentinas de valores, nas verificações de consistências com dados anteriores, na indicação de algum erro de medição e na ocorrência de alguma anomalia do instrumento ou da estrutura. Para os casos em que os Valores de Referência venham a ser ultrapassados foram definidas Situações de Alerta e de Emergência.
6.3 - SITUAÇÕES DE ALERTA
Definiu-se que deverão ser consideradas Situações de Alerta aquelas onde:
• medição de qualquer instrumento, relacionado como importante para as avaliações de segurança da estrutura, situa-se fora da faixa de Valores de Referência e manutenção deste valor mesmo após terem sido tomadas a precaução normal de verificação de consistência de leitura;
• ocorra manutenção do valor médio de cinco leituras consecutivas efetuadas no mesmo instrumento, com espaçamento semanal entre elas, próximas da medida considerada anômala;
• ocorra alteração na Tendência de Leitura, seja de aumento ou diminuição de valor medido.
Como o critério estatístico leva em consideração o histórico de um determinado período é conveniente que os Valores de Referência sejam reavaliados a cada cinco anos, caso tenham ocorrido variações significativas de níveis d’água ou de outras ações atuantes sobre as estruturas. Toda Situação de Alerta deve ser imediatamente analisada de modo que nunca seja necessário o acionamento de uma Situação de Emergência.
6.4 - SITUAÇÕES DE EMERGÊNCIA
Considerou-se que Situações de Emergência podem ser detectadas caso inspeções periódicas indiquem fatos extraordinários ou acontecimentos inusitados. Não se prevê que um instrumento, localizado na UHE Jurumirim, indique valores que configurem uma Situação de Emergência, exceto se uma Situação de Alerta tiver sido identificada e nenhuma providência tiver sido tomada. O corpo técnico da Duke deverá estar suficientemente apto para reconhecer quando ocorre um ou outro caso e dispor da autonomia e ferramental necessário para tomar as precauções necessárias, o mais breve possível.
6.5 - FREQÜÊNCIAS DE LEITURAS
Recomendou-se que a freqüência de leituras dos instrumentos instalados na UHE Jurumirim seja mantida como mensal. Novos instrumentos que venham a ser instalados deverão ter suas leituras efetuadas com maior freqüência no período inicial, passando posteriormente a ser lidos mensalmente. A periodicidade de leitura deverá estar condicionada, também, à ocorrência de anomalias ou quando se configurarem Situações de Alerta.
7 - CONCLUSÕES
7.1 - GERAIS
A verificação das condições de segurança das estruturas civis que constituem a Usina Hidrelétrica Jurumirim foi de fundamental importância dentro da sistemática de trabalho adotada, mundialmente, pela Duke Energy, no que diz respeito ao gerenciamento, manutenção e operação de usinas hidrelétricas sob a sua responsabilidade. Neste contexto a sua política de segurança de barragens está atrelada a compromissos que , como não poderia deixar de ser, vão além dos aspectos do negócio de energia propriamente dito, assumindo a sua responsabilidade do ponto de vista social, ambiental, governamental e institucional, relacionada ao seu ramo de atividade. Este tipo de estudo é normalmente desenvolvido pela Duke Energy nos Estados Unidos, pois trata-se de uma exigência legal deste país. No Brasil, está sendo dado um passo à frente da legislação que, com certeza, virá.
O estudo propiciou uma visão externa do negócio, possibilitando uma oportunidade valiosa, e necessária, para a reflexão da forma e sistemática de trabalho adotadas até a presente data. Como resultados fundamentais citam-se a identificação antecipada de problemas potenciais, sistematização de problemas existentes, equacionamento de dúvidas antigas, consolidação e organização de informações essenciais decorrentes de estudos anteriores, projetos executivos e do próprio histórico de manutenção e operação do empreendimento. Foi fundamental para implementação e otimização das sistemáticas de trabalho existentes, além de proporcionar uma grande oportunidade de desenvolvimento para as equipes técnicas, campo e escritório, envolvidas diretamente em todas as fases de estudo.
Do ponto de vista de segurança de barragens constatou-se que a Usina Jurumirm, embora com 40 anos de operação, está em boas condições de conservação, com desempenho adequado do ponto de vista estrutural e em conformidade com os critérios de projeto atuais. Os problemas identificados, em grande parte já eram do conhecimento da Duke Energy, e estão sendo encaminhados de forma adequada. As ações decorrentes do estudo realizado, têm como objetivo principal garantir a preservação, ou restituição, das condições de segurança estrutural das barragens em níveis considerados satisfatórios e em conformidade com os critérios estabelecidos pelos organismos nacionais e internacionais, ligados à segurança destes empreendimentos.
7.2 - ESTRUTURAS DE CONCRETO
As principais conclusões extraídas das análises de estabilidade das estruturas de concreto são:
• todas as condições de carregamento analisadas, para as estruturas de concreto da UHE Jurumirim indicam que os fatores de segurança mínimos encontrados são superiores aos valores mínimos exigidos segundo critérios de projeto atuais;
• pode-se concluir que as estruturas de concreto da UHE Jurumirim, não apresentam problemas com relação à segurança em relação ao Estado Limite Último (ELU) de perda do equilíbrio;
• considerando os problemas relacionados com o sistema de drenagem da fundação das estruturas de concreto bem como da piezometria existente, considerou-se importante que fosse elaborado um plano para verificação das condições de funcionamento dos piezômetros de tubo, obtendo-se a permeabilidade equivalente da feição instrumentada ou do bulbo do instrumento. Recomendou-se que fosse determinada a permeabilidade equivalente de cada dreno da fundação. Em função de análises preliminares a serem realizadas pela Duke, poderão ser sugeridos tratamentos complementares que possam conduzir o maciço de fundação a níveis de subpressões mais adequados.
conseqüentemente, da fixação de valores–limite de “atenção” ou de “alerta”. Tais valores só poderão ser fixados após a verificação das causas do atual padrão de leituras apresentado pelos piezômetros e seu saneamento.
7.3 - DIQUE DE TERRA
As análises de estabilidade apresentaram valores de fatores de segurança satisfatórios mesmo em condições críticas de solicitação. Estima-se, no entanto, para condições de nível d’água excepcional que é possível a ocorrência de elevados gradientes de saída junto ao pé de jusante do Dique, tendo sido recomendada a elaboração de pesquisas de campo, através da abertura de pelo menos dois poços de inspeção, para avaliação da condição de filtro do material de proteção do terreno natural junto ao pé de jusante do Dique.
8 - AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao apoio prestado pela Duke Energy Geração Paranapanema e Themag Engenharia e Gerenciamento, no desenvolvimento deste projeto. Agradecem, também, à equipe de segurança de barragens da Duke Energy e aos engenheiros Manfredo Clélio de Vincenzo, Kenia Damasceno Kimura, Klaus Zoellner, Marcelo Gabriel Capacla e Renata Saud Martinez, da Themag.
9 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. DUKE Energy Geração Paranapanema - relatórios de análise da
instrumentação das estruturas civis, controle topográfico de deslocamentos, inspeções visuais e subaquáticas;
2. DUKE Energy/Themag – Diversos relatórios de análise das estruturas da UHE Jurumirim;
3. CESP – USELPA – Diversos relatórios de instrumentação e inspeção. 4. SERVIX – Diversos documentos de projeto.
