Critério para determinação de vazões pela fundação de barragens com base nos ensaios de perda d'água : o caso da Usina Hidrelétrica de Itaipu

Abstract

Resumo: Com a intensificação da implantação de usinas hidrelétricas entre as décadas de 1950 e 1980, a engenharia brasileira experimentou grande evolução, tanto pela experiência adquirida em construção, quanto na área de projeto e de auscultação das obras implantadas. Muitos desses empreendimentos foram adequadamente monitorados por métodos de observação preocupados em avaliar suas condições de segurança, bem como comprovar a validade das hipóteses estabelecidas em projeto. Essa experiência, adquirida com esmero, pode ser expressa por intermédio de grande quantidade de trabalhos técnicos publicados em eventos realizados no Brasil e no exterior. O objetivo desta dissertação é permitir aos técnicos da área de segurança de barragens o uso de uma ferramenta útil para o controle de infiltrações. Propõe-se a adoção deste critério para determinar a vazão da água de percolação esperada através da fundação da barragem, levando em consideração os parâmetros geo-hidrológicos do substrato rochoso do próprio empreendimento. Pretende-se assim estabelecer valores de infiltração a serem possivelmente utilizados como números limite para controle da instrumentação. Tal critério, em essência, estabelece que a vazão entendida como aquela relativa à percolação de águas de infiltração através do embasamento rochoso da barragem, seja obtida pela fórmula da Lei de Darcy, onde o coeficiente de permeabilidade é calculado a partir dos ensaios padronizados de perda de água realizados nesse material da fundação. Descreve-se o método de execução e a aplicação do ensaio de perda de água. Um total de 214 desses ensaios, realizados antes de 1982, foram analisados e 43 deles aplicados, pelo critério proposto, neste estudo de caso, para determinar a vazão pela fundação da Estrutura de Desvio da Barragem de Itaipu. Os mesmos indicaram uma vazão esperada apenas 18,5% superior à medida nessa estrutura nos últimos 10 anos. Isso evidenciou o bom ajuste do critério proposto para a presente aplicação. 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 relação à estação de bombeamento atualmente instalada. Para continuidade do estudo sugere-se aplicar o critério proposto em barragens construídas mais recentemente, onde tenha sido aplicado tratamento da rocha mais simplificado, ou mesmo sem tratamento, para avaliar o custo benefício desse tipo de tratamento mais simples em relação ao maior custo de instalações de bombas de recalque.

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 concemed. 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 fumish the foundation seepage value considering the hydro-geological 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 ffom 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 ali, to evaluate the cost advantages is in comparison to the normally high cost of water pumps.