estrutural apos 8 anos de operacao trampolim … de itaipu e regiao a... · durante a lase do...

VERTEDOURO DE ITAIPU E REGIAO A JUSANTE DO

TRAMPOLIM - COMPORTAMENTO HIDRAULICO Ei r

ESTRUTURAL APOS 8 ANOS DE OPERACAO

Adolfo Szpilman

Jose A. Rosso

ITAIPU Binacional

Corrado PiasentinAdemar S. Fiorini

IECO-ELC - ENERCONSULT Engenharia Ltda.

RESUMO

Durante a lase do projeto basico, foram efetuados estudos e ensaios em modeloreduzido hidraulico, com a finalidade de verificar aspectos de dissipagao deenergia nos taludes, leito do rio e regioes imediatamente a jusante dos trampolins.0 Vertedouro comegou a operar em novembro de 1982, corn o enchimento doreservat6rio; em 1983 ocorreu a major enchente hist6rica em cerca de 70 anos deregistros.Em 1988 foi possivel executar um levantamento batimetrico no leito do Rio Parana,logo a jusante do Vertedouro, area que constitui a regiao de dissipagao deenergia daquela estrutura.A comparagao das erosoes ocorridas logo a jusante do trampolim, nos taludes eno leito do rio, bem como no talude lateral direito, conforme indicado pelatopografia e batimetria obtidas, comparadas aquelas resultantes dos ensaios emmodelo reduzido hidraulico, mostraram coerencia, especialmente no que serefere ao modelo com /undo constituido de materiais coesivos.0 comportamento estrutural do Vertedouro, acompanhado pela auscultagao temse mostrado satisfat6rio, coerente com os esforgos atuantes.

1. INTRODUcAO

0 Vertedouro da Usina Hidreletrica de Itaipu esta situado na margem direita do Rio Parana, descarregandono leito do rio a cerca de 1 km a jusante da Casa de Forga (Figura 01).

Ele a constituido de uma estrutura de controle com soleira na El. 200,00, controlada por comportas de seg-mento, 3 calhas e respectivos trampolins com salto de esqui. As calhas direita e central sao controladas porquatro comportas cada e a calha esquerda por seis comportas. As dimens6es de cada comporta sao 20,00 x21,34m. A largura total do Vertedouro a de 390 m e seu comprimento maximo de 483 m.

0 Vertedouro tern capacidade de escoar uma vazao de 62.200 m3/s com o N.A. do reservatorio na El. 223,10.As calhas sao protegidas contra as eventuais sub-press6es atraves de uma rede de drenos de 3,0 m deprofundidade a intervalos de 5,0 m conectados por drenos de contato em forma de meia-cans quedesaguam em galerias de drenagem.As estruturas dos trampolins sao fundadas firmemente na rocha e possuem um "cut-off" a jusante garantindouma fundagao profunda na rocha sa mesmo em caso de erosoes significativas a jusante.

Os taludes a jusante dos trampolins sao definidos primeiro por um sistema de muro-laje de protegao de con-creto armado de cerca de 1,0 m de espessura solidamente ancorado na rocha e mais a jusante por dugscamadas de concreto projetado reforgado com malha de ago.

A estrutura do Vertedouro esta assentada em derrames basalticos constituidos por camadas quase horizon-tais de brecha , basalto vesicular amigdalbide e basalto denso.A estrutura de controle do Vertedouro foi instrumentada com piez6metros e extens6metros multiplos nafundagao, com pendulos, rosetas de deformimetros, tens6metros, term6metros e bases de alongametro noconcreto.

- XIX SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS - - 239 -

I

2. ESTUDOS DEEROSAO NO MODELO REDUZIDO HIDRAULICO

Os estudos e testes em modelos reduzidos hidraulicos foram desenvolvidos no CEHPAR (Centro de EstudosHidraulicos Prof. Parigot de Souza) em Curitiba - PR, com a finalidade principal de analise do projeto do Ver-tedouro e suas condigoes operacionais. Esses estudos foram desenvolvidos em dois modelos, um tridimen-sional em escala 1:100, incluindo todas as estruturas necessfirias para verificagao do desempenhohidraulico, e um outro seccional, em escala 1:50, reproduzindo um vao completo e doss meios vaos do Ver-tedouro.

Para avaliagao das agoes erosivas a jusante do Vertedouro e os efeitos sobre os niveis junto 6 Casa de Forgaprovocados pelas barras formadas no leito do rio, foram simulados, no modelo tridimensional, varioshidrogramas de cheias equivalences. Os principals hidrogramas estao resumidos na tabela abaixo. Primeira-mente foram realizados testes com leito erodivel a jusante, reproduzido com material coesivo, e posterior-mente, testes complementares partindo-se da configuragao resultante para o leito no teste com materialcoesivo, enchendo-se com material granular simples, constitufdo de duas granulometrias distintas, de modoa representar a configuragao original.

CALHAS HIDROGRAMA EQUIVALENTE

DIREITA CENTRAL ESQUERDA DE CHEIA (m3/s)

Aberto Aberta Aberta 6.000 a 61.500

Fechaaa Aberta Aberta 8.000 a 35.000

A configuragao final de erosao do leito do rio, simulada nos testes em modelo reduzido hidraulico, a repre-sentada na figura 2.

Essa configuragao 'foi a resultante do ensaio mais representativo das vazoes medias efluentes pelo Ver-tedouro. No referido teste, foi simulada uma vazao total de 30.000 m3/s distribuIda pelas tres calhas, na razaode 15.000, 10.000 e 5.000 m3/s, para as calhas esquerda, central e direita, respectivamente.

No ensaio, a fossa de erosao mostrou uma profundidade estabilizada na elevagao 60,00, isto e, cerca de 35m de profundidade em relagao a coca original. Tambem revelou a existencia de dep6sitos de material erodidoa jusante da calha esquerda, estendendo-se ate a margem esquerda do rio.

Com base nos testes acima descritos foi elaborado o Manual de Operagao do Vertedouro, bern comorevisoes no projeto estrutural do Trampolim.

3. COMPORTAMENTO HIDRAULICO

3.1 Estudos de Enchentes realizados

A vazao afluente em Itaipu a constitufda basicamente pela descarga do Rio Parana em Guaira, sendo de pe-quena importancia a contribuigao dos afluentes menores da bacia intermediaria entre Guaira e Itaipu.

Em Guaira existe um posto limnimetrico desde 1920, estando disponfveis os registros diarios dos nfveisd'agua desde outubro daquele ano.

Os valores maximos das descargas medias dierias ai registradas foram:

PERIODO FASE VAZAO (m3/s) DATA

1920 - 1974 Antes da Construgao 32.470 marco/1929

1974 - 1982 Construcao at6 o enchimento 28.180 fevereiro/1977

1982 - 1990 Ap6s o enchimento 36.200 fevereiro/1983

39.850 junho/1983

34.015 janeiro/1990

No ano hidrol6gico 1982/1983 ocorreram precipitagoes excepcionais em toda a bacia do Rio Paranatotalizando uma altura de chuva anual de 2.230 mm (como media da bacia de 820.000 km2) ou aproximada-mente duas vezes o valor medio registrado na bacia. As vazoes dierias em Guaira ultrapassaram o valor de20.000 m3/s desde 23 de novembro de 1982 ate 18 de julho de 1983, por um perlodo de 283 dias. Foramregistrados dois picos de cheias: um de 36.200 m3/s em 21 de fevereiro de 1983 e o mfiximo de 39.850 m3/sno dia 15 de junho de 1983. A ocorrencia acima foi realmente rara e imprevista pois que historicamente todasas cheias registradas sempre haviam ocorrido no perfodo compreendido entre outubro e abril, enquanto queo valor maximo de 1983 ocorreu em junho, mes normalmente considerado de relativa estiagem. 0 volume daenchente registrada representa cerca de 90% da Enchente Maxima Provavel (como mostrado na Figura 3 e o

- 240 - - XIX SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS -

pico representa cerca de 65% do pico teorico.

Um estudo detalhado para se obter a Enchente Maxima Provavel afluente ao reservat6rio de Itaipu foirealizado em 1971-1972 e enfocou:

- Reconstituigao de uma serie de precipitagoes escolhidas dentre aquelas que produziam os maximosvalores medios na bacia durante o perfodo de outubro a abril.

- Simulagao do processo precipitagao-escoamento.

- Calculo dos hidrogramas de enchentes nas varias sub-bacias pelo metodo do hidrograma unitario.

- Combinagao dos hidrogramas das Arias bacias atraves do fluxo nos canals do rio.

Todos os hidrogramas unitarios, parametros das bacias e volumes de fluxo foram calibrados e comparadoscom os hidrogramas registrados.

0 estudo foi feito para as diferentes situagoes abaixo:

- Todos os rios em condigoes naturals;

- Todos os rios em condigoes de aproveitamento final, isto e, com todos as reservatbrios previstos, comexcegao de Ilha Grande;

- Todos os rios em condigoes de aproveitamento final, incluindo a existencia do reservatbirio de IlhaGrande.

Para o reservat6rio de Itaipu o estudo do amortecimento da enchente indicou ( figura 4) com o pico deenchente afluente de 61.400 m3/s (sem o reservat6rio de Ilha Grande) que o pico efluente alcangarla 56.900m3/s, com subida no N.A. do reservat6rio para a El. Maxima de 221,80. No caso excepcional de ocorrenciado pico de enchente maior (com Ilha Grande), isto e, a de 72.000 m3/s, a descarga efluente chegaria a 62.200m3/s com subida do N.A. do reservat6rio ate El. 223,10. Esses doffs ultimos valores foram adotados noProjeto Executivo como criterio de projeto.

Uma atualizagao desse estudo de Enchente Maxima Provavel foi realizada em 1987 considerando-se asprecipitagoes de 1982/1983 e uma serie de meses chuvosos mais extensa do que a adotada na fase doprojeto basico, obedecendo-se entretanto a mesma metodologia. Os resultados dessa revisao nao alteraramo valor do pico maximo de cheia apesar de mostrarem um volume total maior. 0 hidrograma de EnchenteMaxima Provavel em Guaira indicado na figura 3 ja considera esta revisao.

3.2 Operagao do Vertedouro

Desde o fechamento das comportas das 12 adufas da Estrutura de Desvio e o consequente enchimento doreservatorio, o Vertedouro de Itaipu vem operando de forma continua.

Devido ao cronograma de instalagao dos conjuntos turbo-geradores, que contemplavam um grande numerode unidades (18) a instalar, progressivamente, ao longo de um periodo de varios anos ( 1984 a 1991), as tur-binas ja em operagao, ate a ultima estagao seca ainda nao eram suficientes para engolir toda a vazaoafluente, tornando-se portanto necessario verter o excedente, o que vem ocorrendo desde quando seencheu o reservat6rio em 1982. Atualmente (agosto de 1990), com 16 turbinas em operagao, tal situagao en-contra-se atenuada, continuando-se os vertimentos, porem com vazoes menores.

0 Vertedouro, em operagao continua por quase 8 anos ja dissipou mais de 800.000 GWh de energiaequivalente. No caso de Itaipu, a dissipagao se faz no leito do rio, atraves da formagao de uma fossa deerosao na rocha do fundo, e consequente deposigao do material erodido a jusante.

A operagao hidraulica de Itaipu, por situar-se proximo a fronteira de tres passes e em rio internacional, exigecuidados especiais e particulares, que estao pactuados no Acordo Tripartite (Brasil, Paraguai e Argentina), eque dizem respeito a limites para as variagoes horarias e diarias do nivel d'agua, medidas na regualimnimetrica, localizada na confluencia dos Rios Iguagu e Parana.

Para execugao de trabalhos a jusante do Vertedouro, a necessario programar-se um rebaixamento do niveldo reservat6rio de forma a criar um volume de espera, destinado a reter a vazao excedente da turbinagem dausina, durante o tempo necessario para o fechamento progressivo das comportas do Vertedouro.

Para a execugao de reparos na area a jusante do Vertedouro, foi mantido um vertimento em apenas uma dascalhas, enquanto que para o levantamento batimetrico chegou-se ao fechamento total do Vertedouro.

Posteriormente foi feita a reabertura progressiva das comportas do Vertedouro, ate o restabelecimento dascondigoes normais de operagao da usina, sempre dentro das condicionantes operativas do Acordo Tripartite.

A mencionada criagao do volume de espera apresenta tambem uma condicionante relacionada com anavegagao fluvial do Reservatorio de Itaipu, em locais de travessias, principalmente na regiao de Guaira, porocasiao do escoamento de safras agrfcolas.

Assim, existem limitagoes a montante e a jusante para a operagao do reservat6rio e inoperancia do Ver-tedouro.


I

4. COMPORTAMENTO DA REGIAO A JUSANTE DO VERTEDOURO

4.1 Erosao dos Taludes a Jusante do Vertedouro

Os efeitos das altas descargas da enchente em 1982 - 1983 e do funcionamento continuo do Vertedourodurante os primeiros 3 anos causaram processo erosivo nos taludes naturais a jusante das lajes de protegaodos trampolins central e esquerdo.

As erosoes foram maiores nos taludes a jusante da laje de protegao esquerda , onde em agosto de 1985 foiobservada destruigao parcial do concreto projetado na regiao do pe do talude , aproximadamente na El.100,0, com deslocamento e remogao de blocos da rocha.

Foram observadas barras de ancoragem expostas como resultado do impacto d'agua que desagregava arocha fraturada . Nesta area a agao erosiva chegou a atuar prbxima da parte do bordo inferior da laje de con-creto.

A erosao foi insignificante no talude a jusante da calha direita devido a melhor qualidade da rocha, dageometria do talude , e ao tempo mais curto de operagao dessa calha.No talude lateral direito a jusante do trampolim direito a agao direta das correntes de retorno removeumaterial do basalto fraturado abaixo da berma da El. 115,0, onde existe uma descontinuidade (Ver figuras 1 e8), e produziu erosao com penetragao de 8 a 10 m em aproximadamente 100 m de comprimento , distanteem torno de 50 m a jusante do trampolim da calha direita.

4.2 Reparos Executados

As erosoes a jusante da calha esquerda indicavarn um progresso que necessitava reparos urgentes . Para osreparos foi escolhido o periodo de estiagem em setembro/outubro de 1985, que conjugado com umaoperagao adequada do reservatorio permitiu a obtengao de niveis d ' agua baixos a jusante , possibilitando aexecugao dos reparos na regiao de agao das ondas . Durante este periodo foi construfdo um muro deprotegao de concreto armado . A parte principal do muro foi locada a jusante do trampolim e abrangia aserosoes principais do talude . 0 muro com espessura de aproximadamente 1 m foi ancorado ao talude darocha com barras de ancoragern de 6 m de comprimento . 0 muro foi construfdo na plataforma da rochanatural que nao sofreu erosao, a relativamente horizontal em torno da El . 100,0 e tem largura de aproximada-mente 3 m.

Durante os reparos da area dos taludes de jusante da calha esquerda foi constatado que as erosoes dotalude a jusante da calha central nao apresentavam riscos iminentes . Resolveu -se portanto , postergar estesreparos para 1986 , durante a estiagem.

Em agosto de 1986 foi possivel fazer nova inspegao nos taludes de jusante, verificando -se um aumentogeneralizado do processo erosivo das regioes nao tratadas , principalmente no limite das calhas central edireita . Optou -se pela execugao entre outubro/dezembro de 1986 , de um complemento do muro de protegaodo talude da calha esquerda construldo em 1985 . A construgao deste muro se deu em cima da superficieregularizada com concreto , a partir das quais foram executados furos para chumbamento das barras de an-coragem.

Em 1988 , por ocasiao dos levantamentos batimetricos , foi efetuada nova inspegao nestes locais verificando-se pequenas erosoes em algumas poucas areas em regioes acima dos muros.Apesar de pouco significativas , tais erosoes foram reparadas aproveitando-se a operagao do reservatbriopara execugao da batimetria.

Na area do talude a jusante da calha direita a nao existencia de erosao junto com as conclusoes dos testesem modelo reduzido hidraulico , confirmaram que o processo erosivo nao indica tendencias regressivas,prejudiciais para o talude da rocha, abaixo do trampolim direito.

4.3 Levantamento Batimetrico

A maneira usual de se acompanhar a evolugao do fendmeno erosivo a atraves de levantamentos batimetricosperiodicos do fundo do rio, ate que seja atingida a configuragao final da fossa de erosao, conforme dadosobtidos nos ensaios em modelo reduzido hidraulico, ou ate que haja uma estabilizagao da erosao. Para tal,torna-se necessario a inoperancia periodica e temporaria do Vertedouro, de forma a permitir condigoes detrabalho apropriadas pra efetuar os levantamentos batimetricos.

Assim sendo, devido as limitagoes do Acordo Tripartite, sb em 1988, passados quase 6 (seis) anos deoperagao intensa e ininterrupta do Vertedouro, quando ja existiam 8 (oito) unidades em funcionamento, per-mitindo um engolimento de 5600 m3/s, foi possivel programar os servigos de batimetria, para verificagao dascondigoes do leito a jusante.

A sequencia das atividades globais para esta operagao durou quase um mes e pode ser visualizada na figura5 onde a indicada a evolugao dos niveis de jusante e montante, juntamente com as vazoes afluentes e efluen-tes, bern como aquelas do Rio Iguagu.


Por ocasiao da conclusao das obras que permitiriam o enchimento do reservatorio (1982), foi realizado umlevantamento topobatimatrico para fins de registros e permitir futuras comparag6es e evolucao do perfilrochoso do fundo natural e o mesmo fundo escavado e assoreado.

0 levantamento batimatrico, realizado em outubro de 1988, mostrou que a fossa de erosao estava principal-mente confinada na area a jusante da calha direita. A profundidade maxima observada foi de cerca de 30 m(Veja figura 6).

Nao ocorreram erosoes significativas a jusante das calhas esquerda e central. As profundidades levantadascorresponderam praticamente aquelas anteriores a operarao do Vertedouro (1982). Uma ligeira formagbo debarra foi encontrada a jusante da zona de impacto do jato, mas que que nao interfere com o fluxo efluentedas unidades da Casa de Forca.

Para visualizag5o do acima descrito, a figura 7 mostra a comparagAo da batimetria realizada em 1988 com ade 1982, percebendo-se as erosoes e assoreamentos.

Computando-se os volumes erodidos e depositados durante os 6 anos de operagdo continua do Vertedouro,verifica-se que cerca de 570.000 m3 de materiais foram removidos da area de impacto do jato, do leito do rioe do talude lateral direito. Deste volume, cerca de 190.000 m3 foram depositados nas imediag6es ( tabelas aseguir), o que indica que 1/3 do material erodido foi depositado a uma curta distancia e 2/3 foi levado maispara jusante, fora da regiao objeto do levantamento batimetrico.

Erosoes (m3)

Zona de impacto do jato ................................................................................422.000

Leito do rio ...................................................................................................... 110.000

Talude lateral direito .........................................................................................38.000Total ................................................................................................................. 570.000

Depbsitos (m3)

Jusante da Calha esquerda fora

do leito natural ................................................................................................165.000

Leito do rio ........................................................................................................25.000

Total .................................................................................................................190.000

4.4. ComparagAo do Levantamento Batimatrico com o Modelo Reduzido Hidraulico

A batimetria mostrou que ocorreram erosoes de maneira razoavelmente similar aquelas mostradas nos testesem modelo reduzido hidraulico.

Como excegAo, pode-se citar uma limitag5o do modelo, para a interpretagAo do que poderia ocorrer notalude lateral direito a jusante do Vertedouro. Devido a existencia de um muro de concreto na margem direitaa jusante da calha direita, limitador fisico do modelo adotado durante a concepgAo do mesmo, ainterpretagAo dos resultados ficou um pouco prejudicada.Os testes em modelo reduzido hidraulico ja previam que a regiao mais afetada seria sem duvida aquela ajusante da calha direita, devido a posicao elevada do perfil rochoso remanescente nesta regiao . Tambam otalude lateral direito ficaria sujeito a awes dinamicas acentuadas, decorrentes tanto da arao das correntesde retorno, como de flutuacoes de nivel d'agua na superfIcie e da pressao em profundidade.

As condicoes impostas no piano de operag5o das comportas do Vertedouro, de forma a atenuar as aweserosivas e formacao de barras a jusante, prevem que a operacao seja iniciada pela calha esquerda, seguin-do-se progressivamente com a abertura da calha central e finalmente a direita.

A razao desta regra, que visa a criag5o de tirante d'agua adequado, a facilmente depreendida pelavisualizagAo do perfil do rio, mais alto junto ao talude do lado direito e aprofundando-se a medida que delese distancia em direg5o ao leito do rio.

Esse esquema operacional conduz ao convenience use da eficiencia do colchao de amortecimento defronteda calha esquerda, evitando-se a excessiva concentracao de vazao para descargas normais e solicita poucoa area defronte a calha direita, sem duvida a mais suscetfvel as awes erosivas e fonte principal do materialque conduz a formag5o de barras.

Apesar do use limitado da calha direita durante os seis anos de operagao, uma cratera foi formada pelaerosao na area a jusante do trampolim direito, conforme indicado nos testes em modelo reduzido hidraulico.

- XIX SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS - -243-

Apesar de que os estudos em modelo reduzido hidraulico, nos testes de verificagao de agoes erosivas, naorepresentassem a forma ideal de vertimento, conforme estabelecido posteriormente como regras deoperagao do Vertedouro, a profundidade atingida pela erosdo, em modelo, resultou praticamente constanteao longo de toda a gama varrida pelas vazoes, desde a minima a maxima estudada, sendo pouco afetadapela variagao de vazao vertida. 0 modelo reduzido hidraulico nao indicou tendencia de erosao regressiva nadiregao do pe do talude rochoso do trampolim direito, fato comprovado pela batimetria. A erosao ficoulimitada praticamente a area de agao direta do jato.

Uma comparagao entre a configuragao estabilizada em modelo (figura 2) e aquela levantada em 1988 (figura6) mostra uma boa coerencia, apenas com um deslocamento relativo da fossa de erosao.

A configuragao final, obtida atraves dos testes, em modelo, mostrou que a profundidade maxima a seralcangada pela fossa de erosao deve ser prbxima de 35 m.

5. COMPORTAMENTO ESTRUTURAL

5.1 Estrutura de Controle de Vertedouro

0 acompanhamento dos movimentos monitorados na rocha de fundagao do Vertedouro e na sua estruturade concreto como tambem o controle dos niveis de subpressao atuantes sob os seus blocos e das vazoesde drenagem, mostram grandezas dentro dos valores teoricamente previstos.Este comportamentos nos seus 8 anos de operagao resume-se no seguinte:

• Deformagoes na Fundagao (medidas atraves de extensometros)

- Os extensometros inclinados para jusante indicam deformagoes de compressao, enquanto que os in-clinados para montante indicam tragao, mostrando compatibilidade do tipo de movimentagao sofridopelo bloco com o carregamento imposto. Os valores observados foram, na sua maioria, superioresaos valores previstos no modelo sem fenda de tragao a montante e inferiores aqueles com fenda detragao. (Hipbteses admitidas no dimensionamento estrutural).

- A estabilizagao das deformagoes praticamente se iniciou em junho/85, 2,5 anos apbs o infcio doenchimento em 1982 e a 1,5 anos apbs o reservatbrio atingir a cota 220 m.

• Deslocamentos da Crista (medidos por pendulos e levantamentos geodesicos).

- Na diregao do fluxo ocorrem movimentos horizontais com amplitudes entre 2,0 e 3,0 mm decorrentesdas variagoes influenciadas pela sazonalidade da temperatura ambiente (jusante no inverno e mon-tante no verso).

• Piezometria

- 0 aspecto mais relevance, registrado pela piezometria do contato concreto-rocha do Vertedouro, noreferido intervalo de tempo, e o carater oscilatorio e cfclico sazonal. Piezometros evidenciaram (e al-guns ainda evidenciam) sensfveis acrescimos de pressao intersticial em correspondencia aos perfodosde inverno, seguidos por decrescimos de igual magnitude com a sobrevinda da estagao quente.

- De um modo geral, observa-se uma lenta e gradual queda nos valores de pressao intersticial damaioria dos aparelhos do contato concreto-rocha do Vertedouro, o que parece se enquadrar em umaregra comum de comportamento piezometrico. A medida que o tempo passa, os aparelhos tendem aacusar niveis decrescentes de pressao, como consequencia da colmatagao progressiva dos caminhospreferenciais de percolagao d'agua.

- Os piezometros de fundagao, instalados ao longo de tres horizontes de escoamento d'agua preferen-ciais (brecha D, junta D e brecha C) continuam apresentando niveis reduzidos de subpressao, com-parativamente as previsoes de projeto. Percebe-se que estes niveis de pressao decrescemgradualmente da extremidade direita do Vertedouro para o lado esquerdo hidraulico. Este fato a nor-mal e reflete a condigao de desconfinamento do macigo rochoso que se tem do lado esquerdo.

- Os piezometros localizados ao longo das calhas indicam valores das subpressoes bern abaixo dostebricos atestando a boa eficiencia da drenagem superficial.

• Vazoes de drenagem

- As vazoes de infiltragao medidas nos drenos da galeria de drenagem do Vertedouro sempre forambastante reduzidas e mostram uma lenta e continua diminuigao, passando do maximo de 60 litros porminuto, alcangado em meados de 1984, para pouco mais de 20 litros por minuto, no final de 1989.

• Temperatura do Concreto

- As temperaturas no interior do concreto apresentam dissipagao ao longo do tempo, estando aindaacima da temperatura media anual da regiao.


• Tensoes

As tensoes ocorridas no concreto estrutural do Vertedouro apresentam valores coerentes com asgrandezas das cargas atuantes acompanhadas de variag6es cfclicas como caracterfstica dasoscilaeoes da temperatura do concreto.

• Movimentos de Juntas entre Blocos

De uma maneira geral os movimentos de abertura e fechamento das juntas entre blocos do Ver-tedouro se relacionam com a variaeao sazonal da temperatura ambiente, com retardo de 3 a 5 mesesentre os picos de temperatura ambientes e os movimentos.

5.2 Laje de Protecao a Jusante dos Trampolins

As evidencias iniciais da movimentaeao desta junta foram detectadas durante a inspegAo peri6dica denovembro/86. Sendo constatada uma abertura de aproximadamente 10 mm, entre o paramento vertical dotrampolim da calha direita e a laje de proteeao a jusante do referido trampolim. Decidiu- se entao estabeleceruma filosofia para o monitoramento dessa abertura, bern Como investigar suas causas e provaveisconsequencias.

Inicialmente foram instalados medidores triortogonais em cada uma das lajes de proteeao a jusante do tram-polim direito e em uma das lajes de proteeao do trampolim central (dezembro/86) conforme indicado nafigura 8. Em janeiro de 1988, com as evidencias de evolueao dessa abertura (vide figura 9), bern comomovimentaeoes observadas no muro central direito e na junta entre o trampolim e calha direita , foram ins-talados extensdmetros na rocha subjacentes as lajes de proteeao, com a finalidade de se tentar detectar olocal de onde iniciou o movimento, e tambem permitir um monitoramento futuro na regiao pr6xima a juntalaje-trampolim.

Para aclarar essas movimentaeoes, foi idealizado um programa de testes visando analisar as causas domovirrmento e sua progressao com o tempo. Devido a complexidade do fenomeno e a dificuldade de isolarcada causa separadamente, estabeleceu-se um programa de experimentaeao com determinadas hip6teses,para cada teste a ser realizado.

Este programa de testes foi elaborado para responder as indagaeoes sobre o local do problema ( laje, tram-polim, ou conjunto laje-trampolim) sua evolueao ao longo do tempo (estabilizaeao, diminuieao ouprogressao) e, finalmente, as causas principals do fenomeno ou seja: efeito tarmico, erosao a jusante,pressao d'Agua em juntas abertas do macieo (subpressao), relaxaeao do macieo, " afrouxamento" devido aefeitos dinamicos, fluencia do macieo ou deslizamento num piano.

Foram realizados em junho e julho/88 testes que tentavam definir a origem do problema e sua progressao.Para tanto, propos-se impor um carregamento hidraulico, separadamente na laje de proteeao e no leito dorio, de maneira a diferenciar as atuaeoes, visto que existia uma correlaeao entre o funcionamento da calhadireita e os movimentos observados.

Ap6s a realizaeao dos testes, concluiu-se que a aeao da agua na laje de proteeao do trampolim e do jato norio a jusante nao eram isoladamente as causas principals relacionadas com os deslocamentos observados.Em vista disso, e na sequencia de atividades do programa de estudos, fez-se necessaria a realizaeao deLevantamento Batimetrico e Inspeeoes Subaquaticas em outubro/1988, de modo a pesquisar outras causasdo fenomeno, que poderiam estar relacionadas a uma relaxaeao do macieo (irrevers(vel), associada ao efeitotarmico (reversfvel), ou efeitos de subpressbes e erosao no talude de jusante.

O Levantamento Batimetrico mostrou que as erosoes nao eram a causa dos deslocamentos da laje, ja queelas nao alcanearam o talude escavado abaixo da calha direita.

Foram entao instalados em agosto/89 medidores elatricos de junta, de forma a possibilitar o monitoramentocontinuo da movimentaeao da laje durante a operaeao da calha, bern como foi executada a vedaeao dajunta, de forma a aferir a atuaeao da subpressao atravas da junta entre a laje e o trampolim como uma dascausas atuantes.

De fato ap6s estas providencias, a repetieao do carregamento hidraulico sobre a laje mostrou que a vedaeaoinibia os deslocamentos. Porem durante estes testes, foi observado um deslocamento da laje quando o jatoincidia sobre a mesma na abertura e fechamento das comportas.

A situaeao atual do fenbmeno com a estabilizaeao dos movimentos, preve uma avaliaeao a medio prazo paraatestar a possfvel influencia da variaeao sazonal da temperatura ou da frequencia de operaeao da calhadireita nos deslocamentos observados.

6. CONCLUSOES

Ap6s oito anos de operaeao praticamente ininterrupta e a ocorrencia das duas maiores vazoes de enchentesregistradas nos cerca de 70 anos de observaeoes, o Vertedouro de ITAIPU tem tido um desempenho


I

satisfatorio, tanto do ponto de vista estrutural como hidraulico. A regiao do talude lateral direito logo ajusante do trampolim direito e o leito do rio'sofreram os efeitos erosivos do jato langado dissipando sua ener-gia bern como os efeitos das correntes e ondas. Entretanto essas erosoes ficararn dentro das previsoes in-dicadas pelos resultados dos ensaios efetuados no modelo reduzido hidraulico, conforme demonstrado peloLevantamento Batimetrico. Os trabalhos de reparos dos taludes a jusante das lajes de protegao dos tram-polins esquerdo e central realizados nos anos de 85, 86 e 88 tern se demonstrado eficientes na contengao deefeitos erosivos posteriores.

0 talude lateral direito a jusante nao sofreu nenhuma intervengao ate o momento, pois a erosao nesta regiaonao tem se mostrado regressiva e portanto nao ameaga a estrutura do trampolim direito. Entretanto elapoderfi ser objeto de auscultagao para verificar a probabilidade de deslizamentos ou ate de um desmonteparcial ou total controlado, caso se Julgue necessario evitar sua rufna intempestiva.

Em vista de que ate 1991, com a entrada em operagao de todas as unidades de geragao, a vazao vertidasera minimizada (podendo ser nula) na major parte do tempo, pode-se prever que os efeitos erosivosdeverao diminuir sobremaneira. Entretanto, em virtude da importancia do Vertedouro para a seguranga doEmpreendimento, foi estabelecido um programa rotineiro de inspegoes inclusive Levantamentos Batimetricosno leito do rio Parana a jusante, com uma frequencia de 2 a 3 anos ou apbs o vertimento, por 10 dias, de

descargas superiores a 20.000 m3/s.

7. BIBLIOGRAFIA

[1] Selection of Basic Design of Itaipu Spillway - G.S. Sarkaria , J. de Moraes, J.R. Villalba , W.F. deMello, P . O. Berny , G. Acosta A ., 13° ICOLD , Nova Delhi , India, 1979.

[2] Hydraulic Model Studies for Itaipu Spillway - N.L. Tarricone, S. Neidert , C. Bejarano , C.L. Fonseca,13° ICOLD , Nova Delhi , India, 1979.

[3] Vertedouro de Itaipu - Dissipagao de Energia e Outros Aspectos - A. Szpilman , L. Medaglia, S.H.Neidert , XIII - Seminario Nacional de Grandes Barragens , Rio de Janeiro, Brasil, 1980.

[4] Vertedouro de Itaipu: Proteccion del Talud Aguas Abajo del Salto Esqui - Luis A. Martinez , FernaoPaes de Barros , Heitor Barros de Oliveira, 1° Seminario Interamericano de Mecanica de Rocas,Nov. 1982.

[5] Analise do Comportamento das Fundagoes das Estruturas de Concreto de Itaipu - Fernao Paes deBarros , Adilson L. Barbi , XV Seminario Nacional de Grandes Barragens, Rio de Janeiro , Brasil, Nov.de 1983.

[6] Itaipu Project Spillway - Behavior During The Maximum Recorded Flood - R.L. Schulman, H.W.Krauch , A. Szpilman, W.M.Emerson , C. Piasentin , XVI (COLD - San Francisco, USA, 1988.


PLANTA DE LOCALIZAcAO

^t DA CRISTA

Derrame °0"

GALS PIA DE AERAcAG, PREVISAO) 1

'RE::1IAo6x+-^

BASA ! IC •°•'e o'AMIGDALOIDE •. B.,VESIC._

BASALTO UENSUJERRAME B

SEQAO LONGITUDINAL A-A

VERTEDOURO

FIGURA 1


I

^fG SNP

0 RE^^P

7186 600

GP\^PRO

y ^Sp^G

♦63aA

NOTA :\ $0 ^s9 I -- D imensoes e cotas

em metros

4-82

7186400 \ ^p O

\ 80 'l

LIMITE FISICO 90DO MODELO

0 50 100 150 200m

0 00 0 ESCALA GRLIFICA0

TT

m 0N

CONFIGURAcAO FINAL DE EROSAO -MODELO REDUZIDO HIDRAULICOFIGURA 2

-(D- HIDROGRAMA DA

60 .280 m3/s60 000

1 -_

60000

50 000

E 40 000

20 000

10000

0

50 000

ENCHENTE MAXIMAPROVAVEL EM GUAIRA.(SEM ILHA GRANDE).

- VAZOES REGISTRADAS

EM GUAIRA.

- VAZOES REGISTRADASNO RIO IGUA(;U EM CAPANEMA. ,n-

r,

I., /\1 ^ A -JJ- %%- yn v

2 ,'1 3

tj^1 IN,, I "dr^4

1982 I 1983

0 N D J F M A M J

EMP E ENCHENTE DE 1982 /1983FIGURA 3

1I-

A

40000 E

01Q

30 000 Q

20 000

10 000


0

5049 500 m3/s

40

30

61400m3/s

56900m3/s

if,221,80m

N

Q

0 10 20

tempo (dias)

CHEIA MENOR( Sem Ilho Grande)

E

0

.o

N

KirnE 700

0

aU

0 60v

224

223 5049500m3/s

222

221 40

220

72 000 m

62200 m3/s

10 20tempo(dios )

CHEIA MAIOR(Com Rho Grande)

CHEIA DE PROJETOAMORTECIMENTO NO RESERVATORIO DE ITAIPU

FIGURA 4


I

1

Ew

z

20 000

15000

10000 -

O

1N 5000

0

NA. MIN . NORMAL El .219,40

---- - NA. MONTANTE^^

10723

21622 95,75

NA. JUSANTE

SFTFMRRII (M IT[ IRRO

1988

VAZAO TOTAL EM ITAIPU(TURBINADA + VERTIDA)

17615

^VAZAO EM GUAIRA

5152

VAZAO EM CAPANEMAICI

1

(IGUA U)VE RTEDOURONAO OPERANTE.

SETEMBRO1988

OUTUBRO

OPERAcAO DO RESERVATORIO PARA 0 LEVANTAMENTO

BATIMETRICO DE 1988 - NIVEIS E VAZOES

FIGURA 5

220

Ew

wI-z

218 Hz02w0

214

20000

15000

10000

0


7186 600

7186400

NOTA:I - D imensoes e cotas

em metros

7186200

0 50 100 150 200m

ESCALA GR4FICA

7186000

LEVANTAMENTO BATIMETRICO DE 1988

FIGURA 6


`P

PLNP

SQ^ECP^NP X

\ •E\^P1 p\R

. -5...f q ^U / ,pr+5 . ,, C1,_T

__ ,7186600

-10,

^`L; 1.7

1+5,

7186400 *1 0

-2 #-i..•; 0 + -2 6 ; LEGENDA:t-1

2.:' 0

72AREA ERODIDA

4:° x^ O

5 AREA ASSOREADA

..••• CURVA BATIMETRI-p CA INFERIDA

71I NOTAS:

7186 200I - Dimensoes a cocas em

metros.-2 2-Batimetria1982considen da

zero para comparacao coma de 1988.

x o0 50 100 150 200m

oco ESCALA GRdFICAti r

COMPARAQAO ENTRE AS BATIMETRIAS DE 1982 E 1988

FIGURA 7

- 252- - XIX SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS -

B ^-EXTENSNETROS

MEDIDORES TRIORTOG9AISt Y

LAJE DE PROTECAO

MURO DE REPAROE PROTECAO DASAREAS ERODIDAS

PERSPECTIVA DA AREA DOS TRAMPOLINSFIGURA 8


I

1986 1987 1988 1989 1990

1 NDJFMAIM ! JJAS 0NDJFMAMJ'JAS0ND JFMAMJJASI0ND JFiMAMIJ

2 LEGENDA:

:0 ---- MEDIDOR A

19MEDIDOR D

18

17I it

16 '

15

14

13 bA

i 12

11

10

9 ND JFMAMJJAS ONDJFMAjM ; JJIASOiND JFMAMJ!JASON ,D JIFiMA;M,J

1986 1987 1988 1989 1990

ABERTURA DA JUNTA ENTRE 0 TRAMPOLIM DIREITOE A LAJE DE PROTEcAO

FIGURA 9

21

20

19

18

17

E16 E

15

I-14 w

13 <Co

12

11

10

9


estrutural apos 8 anos de operacao trampolim … de itaipu e regiao a... · durante a lase do...

Documents