relatório de controle ambiental plano de · pdf fileo presente documento compreende o...

CompanhiaVale do Rio Doce

RELATÓRIO DE CONTROLE AMBIENTAL PLANO DE CONTROLE AMBIENTAL

RCA-PCA

ALTEAMENTO DA BARRAGEM SUL

MINA DE GONGO SOCO BARÃO DE COCAIS – MG

MARÇO - 2004

RCA-PCA Barragem Sul – Alteamento El. 960 – Mina de Gongo Soco

2

1 - APRESENTAÇÃO O presente documento compreende o Relatório de Controle Ambiental - RCA e o Plano de Controle Ambiental – PCA para o Alteamento da Barragem Sul, da elevação El. 942 à El. 960, localizada na Mina de Gongo Soco, propriedade da Cia Vale do Rio Doce, Município de Barão de Cocais, em atendimento ao Formulário de Orientação Básica emitido pela FEAM em 11/02/2004, protocolo nº 014257/2004, visando subsidiar a análise do processo de licenciamento ambiental. A Mina de Gongo Soco está licenciada através da licença de operação L.O. – Processo COPAM 364/90/018/02, com validade até 26 de julho de 2007. A Barragem Sul está contemplada neste processo de licenciamento e também no processo COPAM 364/90/16/02, que se trata da licença de operação para obras de melhoria da Barragem Sul (Canta Galo). Estas obras estarão finalizando-se até outubro deste ano, conforme ofício GAMBS/EXT 175/2003 enviado à FEAM em 04/07/2003, protocolo 200734/2003. 1.1 - Localização O Município de Barão de Cocais está inserido na bacia hidrográfica do rio São João ou Barão de Cocais, pertencente à bacia do rio Doce. Barão de Cocais pertence à microrregião de Itabira, sendo município limítrofe à Região Metropolitana de Belo Horizonte. A partir de Belo Horizonte o acesso para a Mina de Gongo Soco é feito pela rodovia federal BR-381/BR-262, passando pelo Município de Caeté de onde toma-se a estrada intermunicipal (Caeté-Barão de Cocais), de revestimento primário por cerca de 15 km. Outra opção é seguir pela BR- 381/262 até o trevo de Barão de Cocais e desta para a Mina de Gongo Soco por 12km em estrada não pavimentada, margeando o Rio São João. O tempo médio de deslocamento da capital até a mina é de 2 horas. 1.2 – Histórico da Mina de Gongo Soco A exploração minerária na região do Gongo Soco remonta ao século XIX quando ocorreu a extração do ouro pelo Barão de Catas Altas e posteriormente pela companhia britânica British Imperial Brazilian Mining. O grande potencial em minerais ferrosos na região conduziu à extração ferro já no século XX, sendo de interesse para o presente RCA/PCA as atividades iniciadas no final da década de 80 pela Mineração Socoimex Ltda., incorporada desde setembro de 2000 à Companhia Vale do Rio Doce. Após encerrada a fase de mineração do ouro na fazenda Gongo Soco esta permaneceu inativa até início de 1960 quando foi comprada pela São Carlos Minério S.A., empresa que obteve concessão para lavrar minério de ferro. Nesse mesmo ano, o controle acionário da São Carlos Minério S.A. foi adquirido pela Mineração Socoimex Ltda., empresa do grupo Santa Inês, especializada em trabalhos de mineração.


3

Logo a jazida entrou em fase operacional, sendo as atividades de comercialização do minério favorecidas pela implantação do ramal ferroviário Capitão Eduardo/Costa Lacerda na década de 90. A Mina de Gongo Soco foi adquirida pela CVRD em maio de 2000 e a Mineração Socoimex foi incorporada e extinta em setembro do mesmo ano. 1.3 – Dados de Produção Na gestão CVRD a extração de ROM e REM e a geração de produtos e rejeitos teve as seguintes quantidades:

ANO DE ATIVIDADE ITEM 20001 20011 20021 2003 20042 ROM (hematita) (x 103 t) 3.148 5.404 ROM (itabirito) (x 103 t) 6.714 7.688 7.638 1.180 2.826 REM (estéril) (x 103 t) 3.098 5.917 9.524 19.675 20.000 Produtos (x 103 t) 5.944 6.757 5.909 3.201 6.000 Rejeitos (x 103 t) 770 931 1.729 1.127 2.230 1 ROM de Itabirito não significativo 2 Valores orçados para 2004 Com a implantação da Instalação de Tratamento de Itabirito - ITM III, que teve sua LO requerida conforme o Formulário de Orientação Básica, protocolo FEAM 088749/2003, o ROM de itabirito será aumentado possibilitando o melhor aproveitamento deste minério anteriormente disposto em pilha de estéril. O beneficiamento do itabirito também aumentará significativamente a geração de rejeitos destinados à Barragem Sul, que atualmente tem sua praia de rejeitos na El. 938 e maciço na El. 942. Para viabilizar o aproveitamento do itabirito e dar continuidade ao processo de extração de minério de ferro da Mina de Gongo Soco será necessário o alteamento desta barragem até a elevação 960.


4

2- BARRAGEM SUL - HISTÓ RICO, PROJETO CONCEITUAL E ANÁLISES DE ESTABILIDADE 2.1- Apresentação Este relatório apresenta os Estudos do Projeto Executivo dos Alteamentos da Barragem Sul entre as elevações 942 e 960, situada na Mina de Gongo Soco no Município de Barão de Cocais – MG. A Barragem Sul está localizada na sub bacia do córrego Capim Gordura, afluente do rio Barão de Cocais ou São João, contribuinte do Rio Piracicaba, bacia do rio Doce. Está inserida entre as coordenadas geográficas aproximadas de 190 56' de latitude sul e 430 34' de longitude oeste. Os estudos elaborados constituem-se dos seguintes projetos:

? ? Projeto executivo dos alteamentos da Barragem Sul El. 942 a El. 960; ? ? Extravasor Operacional; ? ? Extravasor de Abandono; ? ? Balanço Hídrico do Sistema

Os estudos e projetos visam garantir a segurança operacional do Complexo Barragem Sul e a continuidade da disposição de rejeitos no reservatório superior da barragem prolongando a sua vida útil com o objetivo de manter o sistema operando, até que seja possível dispor os rejeitos no futuro reservatório da Barragem Sudoeste, em fase de Licença de Instalação, processo COPAM 364/90/23/2003. Para garantir a segurança na fase operacional da Barragem Sul e também na fase de abandono torna-se necessária a implementação de obras de reforço e retificação de seu extravasor, assim como a execução dos drenos de pé e da tulipa. Por se tratarem de obras de garantia da estabilidade da barragem encontram-se em implantação de acordo com a necessária manutenção periódica da segurança operacional da Barragem Sul. Segundo os estudos realizados, o reservatório gerado pelos alteamentos até a elevação 960 da Barragem Sul poderá proporcionar uma capacidade adicional da ordem de 3,4 milhões de metros cúbicos, que atenderá . Atualmente a Barragem Sul encontra-se na elevação El. 942 e possui uma capacidade de disposição de rejeitos da ordem de 750.000 m3. Somando-se o ritmo de produção da Mina de Gongo Soco e a capacidade de disposição com o altemento proposto, a vida útil da Barragem Sul fica prolongada até meados de de 2008. 2.2- Histórico do Complexo Barragem Sul A seguir será apresentada uma breve descrição do Complexo Barragem Sul sendo compreendido pela Barragem Sul (maciço superior, barragem de lançamento dos rejeitos) e Barragem Inferior (maciço inferior, barragem de clarificação e bombeamento). 2.2.1- Barragem Sul


5

A Barragem Sul, anteriormente denominada Canta Galo, está em operação desde o início das atividades minerárias da Mineração Socoimex Ltda. e destina-se à contenção de rejeitos do beneficiamento do minério de ferro da Mina de Gongo Soco. Foi conceituada em alteamentos para montante com diques de itabirito friável proveniente da Mina de Gongo Soco e adensados com o tráfego do próprio equipamento de lançamento. Os diques são apoiados sobre a praia de rejeitos provenientes do lançamento hidráulico. O pé da Barragem Sul situa-se na El. ~875 m. Até a cota 910 m, a barragem foi construída fechando o vale do córrego Capim Gordura e a partir daí, até a cota 925 m, ela manteve-se encostada na ombreira esquerda em terreno natural e na ombreira direita foi alteada com uma inflexão paralela ao vale, perfazendo 900 com o eixo principal, tendo como ombreira um morrote a montante. Devido a esta inflexão havia uma ramificação do dique com a formação de 3 reservatórios: o maior deles, identificado como R1, no vale principal; um outro no vale tributário do lado direito, denominado R2, e um terceiro, de menor volume, a jusante do R2 e na lateral direita do R1, denominado R3.

Fotografia da antiga configuração da Barragem Sul – ano 2002

Em dezembro de 2001 foram propostas diversas melhorias na Barragem Sul, que foram licenciadas pelo processo COPAM 364/90/16/2002, atualmente em sua última fase de alteamento, na elevação 942.


6

Fotografia da configuração da Barragem Sul atual – ano 2004

2.2.2- Barragem Inferior A Barragem Inferior tem sua crista na El.~880. O talude de jusante apresenta inclinação de 1.5H:1V, com bermas a cada 10 m aproximadamente. A principal finalidade desta barragem é reter a água do rejeito total, liberada pela Barragem Sul. Próximo à ombreira direita no reservatório existe uma estação flutuante de captação de água que realimenta as instalações de beneficiamento de minério da planta atual de Gongo Soco. Esta captação apresenta uma vazão média de 300m3/h e está outorgada conforme Portaria IGAM nº 1014/2002, de 02/11/2002. Segundo avaliações feitas na Barragem Inferior, através de consultas à empresa projetista e de relatos de antigos funcionários, foi possível constatar que a mesma sofreu um processo de ruptura em 1995, tendo sido recuperada por meio de um reforço e alteamento por jusante. Este registro consta em Auto de Fiscalização da FEAM, datado de 08/03/1995. Segundo investigações e inspeções esta barragem apresenta problemas em seu maciço que serão corrigidos com aterro compactado de reforço por jusante, drenagem interna eficiente, sendo também projetado novo extravasor para o abandono. Já foram feitas injeções de cimento no atual corpo da barragem. Estas obras de manutenção visam a garantia da estabilidade da barragem. 3- DESCRIÇÃO DO EMPREENDIMENTO: BARRAGEM SUL – PROJETO EXECUTIVO DE ALTEAMENTO DA EL. 942 a EL.960 3.1- Dados Levantados Para complementar os dados apresentados acima e necessários para os estudos de projeto de alteamento da barragem sul, foram executados os seguintes serviços:


7

? ? Levantamento topográfico planialtimétrico cadastral na área da Barragem e reservatórios, na escala de 1:1.000

? ? Investigação com sondagens mistas nas ombreiras e barragem bem como do rejeito, com

ensaios de infiltração e instalação de piezômetros. ? ? Investigações com piezocone “CPTU” na barragem e praia de rejeitos. ? ? Ensaios geotécnicos “in situ”, na praia de rejeitos e em laboratório. ? ? Ensaios dos materiais de fundação das ombreiras. ? ? Ensaios de composição química dos rejeitos.

3.2- Premissas Gerais do Projeto de Alteamento Para a elaboração dos estudos do projeto executivo de alteamento da Barragem Sul, segundo o escopo definido pela CVRD, foram adotadas as seguintes premissas:

? ? Estudos de alteamento da Barragem Sul a partir da El. 942 até a El. 960.

? ? Materiais de Construção: Utilização de materiais naturais de construção disponíveis na região do entorno do Complexo de Gongo Soco.

? ? Extravasor Operacional: Para desvio das vazões afluentes na fase construtiva e na

operação, decorrente da decantação da polpa de rejeitos e das cheias mais freqüentes. Equipado com Tomada de Água em torre, contendo comportas ensecadeira para alteamento da soleira concomitante ao avanço dos rejeitos, mantendo um nível de água mínimo (deprecionado) no reservatório para a decantação dos sólidos e, assim, não interromper a água liberada da polpa dos rejeitos para a captação existente na barragem inferior e necessária ao abastecimento do Complexo de Gongo Soco.

? ? Extravasor de Abandono: Permitir o escoamento das cheias decorrentes da PMP –

Precipitação Máxima Provável para a segurança operativa da Barragem Sul contra galgamento e, também, permitir a desativação quando a capacidade de disposição do reservatório da barragem sul estiver esgotada.

NOTA: Segundo os estudos de disponibilidades hídricas da bacia, o retorno quase que imediato da água decantada da polpa é imprescindível para se minimizar o déficit no balanço hídrico e assegurar as vazões captadas na Barragem Inferior para as necessidades de abastecimento da Mina de Gongo Soco, isto posto, o sistema proposto com comportas ensecadeira (“stop logs”), manterá pequeno lago junto a torre da tomada de água da barragem, lago este necessário apenas para decantação dos sedimentos.

3.3- Concepção do Projeto


8

O projeto de construção dos alteamentos da Barragem de Rejeitos Sul assegurará a segurança física do empreendimento e suas respectivas estruturas, salvaguardando todo o ambiente circunvizinho de efeitos prejudiciais advindos de seu funcionamento. Será essencial o conhecimento de todas as características do rejeito a cada etapa de alteamento, para definir o seu comportamento durante o transporte, a descarga, a deposição, como também suas alterações físico-químicas ao longo do tempo. O monitoramento deverá coincidir com o início da construção se estendendo por toda a vida útil, devendo ser realizado por um período não menor que duas fases de período de chuva após a sua desativação. O projeto de alteamento da barragem de rejeito pelo método de montante, como demais projetos de barragens segue as normas técnicas estabelecidas, como a NBR8044/1983 (ABNT, 1983), que fixa condições exigíveis a serem observadas nos estudos e serviços necessários ao desenvolvimento de projetos geotécnicos e a NBR13028/1993 (ABNT, 1993) que fixa condições exigíveis para a elaboração e apresentação de projetos de disposição de rejeitos de beneficiamento, em barramento, em mineração, visando atender as condições de segurança, higiene, operacionalidade econômica, abandono e minimização dos impactos ao meio ambiente. Um outro aspecto contemplado no projeto é a legislação vigente, ressaltando-se a Deliberação Normativa COPAM n. 62, de 17 de dezembro de 2002, que estabelece requisitos mínimos obrigatórios a serem incluídos no sistema de gestão de barragens. 3.3.1- Método Construtivo: Dentre os métodos construtivos de barragens de rejeito o por alteamento para montante é considerado o mais econômico e de menor prazo para implantação. Este método de alteamento por montante envolverá a construção de diques de pequena altura com cerca de 5,00m, construídos sobre a praia de rejeitos e alteados sistematicamente a necessidade de área para disposição de rejeitos. O rejeito é lançado perimetralmente, a partir da crista dos diques e ombreira, formando o denominado de praia de rejeitos, esta se torna fundação do próximo dique de alteamento, assim a fundação será o próprio rejeito da praia. Sucessivamente, a barragem vai sofrendo incrementos de 5,00 metros (945, 950, 955 e 960) até atingir a altura máxima especificada em projeto EL. 960 e limite em decorrência das descargas dos drenos da Pilha Sudeste a montante da Barragem Sul. Para este método de alteamento vários itens deverão ser atendidos durante a construção e operação, sendo: ? ? Controle na construção (fiscalização); ? ? Drenagem Interna Eficiente; para se evitar a elevação do nível freático da barragem em

decorrência de drenagem interna pouco competente ou inoperante (monitoramento dos


9

piezômetros); ? ? Monitoramento do Nível de Água: Susceptibilidade a Liquefação com a elevação do nível de

água e abalos sísmicos (ensaios nas futuras praias de rejeitos); ? ? Controle da Lama de Lançamento: Condições geotécnicas desfavoráveis, associadas a

variabilidade de parâmetros como: vazão, concentração de sólidos na polpa, altura de lançamento; funcionamento do pivotamento dos canhões de lançamento; composição química, massa específica dos grãos e granulometria (disposição do rejeito uniforme mantendo-se o teor de sólidos da lama e ensaios de verificação).

Dentro deste contexto algumas premissas deverão ser atendidas: ? ? O lançamento do rejeito deverá ser perimetral e imediatamente a montante do talude

montante dos diques de alteamento e ombreira. ? ? Evitar retenção de água em poças e lagoas próximas do talude de montante dos diques. ? ? O reservatório deverá se apresentar o mais deprecionado possível. ? ? O nível de água deverá se apresentar o mais afastado a montante em relação a crista dos

diques, utilizando-se o extravasor operacional na operação deste deverá se assegurar o esgotamento máximo possível da água liberada pela polpa e de chuvas.

? ? A deposição do rejeito deverá ser unidirecional sem inversão de fluxo. ? ? A extremidade dos tubos do pivotamento de lançamento deverá ser mudada para se manter

uma declividade da praia o mais uniforme possível. ? ? A taxa de lançamento deverá ser mantida evitando-se desnivelamentos na praia a ser

formada. ? ? A deposição de rejeitos deverá ser verificada para que ocorra a segregação do material mais

denso e mais grosso junto ao talude de montante e a fração mais fina o mais distante a montante que for possível.

? ? Evitar a deposição de camadas de lama em continuidade, para que não apresente um substrato menos permeável em grande extensão da praia.

? ? Detonações num raio de 1000 metros em relação ao eixo dos diques deverão ser analisadas quanto à razão de carga.

? ? Tráfego sistemático após a construção com equipamentos ou caminhões acima de 80t sobre a barragem não será permitido.

? ? Toda e qualquer estrutura nas proximidades do lago, deverá apresentar fator de estabilidade adequado a estruturas similares.

? ? Programa de ensaios “in situ” e em laboratório dos rejeitos das futuras praias visando elementos de avaliação quanto ao processo de liquefação.

Os desenhos 185D-17-0019 a 185D-17-0030 apresentam as plantas do projeto executivo dos aterros de alteamento da Barragem Sul. Os desenhos 185D-02-0008 a 185D-02-0011 apresentam as seções do projeto. A planta de situação com o arranjo geral da barragem até a El. 938 encontra-se no desenho 185D-02-0002. E o arranjo geral final, El. 960, nos desenhos 185D-17-0003 e 185D-02-0007. Atualmente a barragem encontra-se na El. 942. 3.3.2- Estudos de Concepção


10

A concepção e alternativas estudadas foram apresentados na fase de Projeto Conceitual/Preliminar, analisada em conjunto com a CVRD, os conceitos foram apresentados de forma a atender as normas e legislação de estruturas similares. A partir dos estudos apresentados foi concebido o projeto executivo de alteamento da Barragem Sul que se encontra resumido abaixo: a) Diques para Alteamento da Barragem

? ? Base de Partida: Consiste numa base de equilíbrio sobre a fundação de rejeito sedimentado

na praia. Foi concebida para gerar uma base estável e permitir a implantação da drenagem interna e dos diques alteáveis para montante sobre o rejeito sedimentado. Será construída utilizando-se o itabirito friável lançado diretamente sobre o rejeito sedimentado das praias, espalhado e adensado com trator de esteira e demais equipamentos de transporte e de espalhamento.

? ? Aterro de Proteção do Tapete Completo Drenante: Consiste na disposição sobre o Tapete

Horizontal de uma camada de itabirito, compactado pelo tráfego dos equipamentos de transporte e de espalhamento. Foi concebida para proteger e controlar as percolações no filtro horizontal.

? ? Maciço dos Diques: Consiste num aterro compactado com equipamento apropriado tipo rolo

vibro CA – 25, a 95% do ‘Proctor Normal’, utilizando o solo argiloso coluvionar e ou residual silte–arenoso. Este aterro poderá também ser constituído por itabirito, material este já ensaiado e simulado em aterro experimental e utilizado nos diques até a El. 942.

? ? Sistema de Drenagem Interna – Praia de Rejeitos: Para o controle das percolações e

dissipação das pressões hidrostáticas no rejeito El. ~940, será implantado um tapete drenante tipo sanduíche ou completo, que consiste de camadas de Areia Lavada envelopando uma camada de brita 1 e 2. Está representado pelo desenho 185D-17-0018.

? ? Sistema de Drenagem Interna –Diques de alteamento da Barragem: Para o controle das

percolações e dissipação das pressões hidrostáticas no corpo e base dos diques de alteamento, será implantado um sistema constituído por filtro vertical, conectado a um tapete drenante, que consistem de camada de Areia Lavada.

? ? Proteção da Saída da Drenagem Interna: Para a dissipação das forças de percolação e evitar

o carreamento de sólidos na saída da drenagem interna, será implantado uma proteção constituída por brita 1 e 2 e pedra de mão.

? ? Proteção do Pé da Barragem Sul (antiga Canta Galo): Para evitar o carreamento de sólidos,

decorrentes de forças de percolação, dissipação das pressões hidrostáticas e erosões desencadeadas pelo eventual embate de ondas do lago da barragem inferior, será implantado um sistema de proteção constituído por dreno de alívio conectado a uma proteção dita como dreno de pé, composta por manta geotextil, aplicada sobre uma camada de areia média lavada e recoberta por pedra de mão e enrocamento limpo.


11

? ? Fechamento dos Aterros dos Alteamentos – Proteção das Plataformas (futura berma El. 950):

Para a proteção do aterro contra trincamento, decorrente de ressecamento por perda de umidade, será implantado nas plataformas de topo El. 960 e berma El. 950 uma camada de solo granular tipo pedrisco ou bica corrida, compactada.

? ? Aterro de Proteção do Tubo Armco: Consiste na aplicação de um aterro de itabirito lançado

sobre o tubo Armco, a montante dos diques de alteamento da barragem até a junção com a torre de queda do extravasor operacional.

? ? Proteção em Solo Cimento: Consiste na aplicação de um aterro de proteção no entorno do

tubo ARMCO, Aterro este a ser construído na transposição do dique de alteamento da El. 945 pelo extravasor operacional em galeria tubo Armco, na região de vedação do dique.

b) Extravasor Operacional - desenho 185D-17-0010 ? ? Leira de Proteção: Consiste em um aterro em itabirito ou solo coluvionar a ser lançado sobre o

rejeito a frente da torre do extravasor operacional, para proteção de eventuais descargas de sedimentos pela planta de beneficiamento de minério existente na ombreira direita, evitando-se assim o afogamento repentino das janelas da tomada de água do extravasor operacional.

? ? Canal de Aproximação: Consiste em um canal escavado em terreno natural e protegido com

enrocamento, para se iniciar o sistema de desvio e operação pelo extravasor operacional, está posicionado a cerca de 80 metros da barragem.

? ? Torre de Queda em Concreto Armado: Consiste em uma estrutura em quadro fechado

utilizando concreto fck = 20 MPa, conectada a uma galeria em tubo Armco para o escoamento das vazões defluentes. A parte frontal de montante da torre é constituída por janelas duplas com soleira inicial na El. 940,50, contendo dispositivos para a colocação de peças de madeira de lei (“stop logs”), para o alteamento da soleira até o limite fixado na El. 958.

? ? Galeria em Tubo Armco Circular MP-152(??= 2,15 m ; e = 4,7mm) : Conectado à Torre de

Queda da Tomada de Água por segmento de galeria quadrada em concreto armado com junta Fugemband 0-22, esta galeria armco consiste no sistema de descarga das vazões defluentes ao extravasor de abandono existente.

? ? Canal Trapezoidal: Estrutura em concreto armado (fck=20MPa) para transição e

amortecimento do fluxo entre o tubo ARMCO e o Extravasor de Abandono. c) Extravasor de Abandono - desenho 185D-17-0010 ? ? Canal de Aproximação: Estrutura escavada em terreno natural e protegido com enrocamento,

com captação a cerca de 60 metros da barragem. ? ? Tomada de Água: Estrutura em concreto (fck=20Mpa) com muros alas de transição e

direcionadores de fluxo, em seção trapezoidal e retangular, para controle das vazões defluentes.


12

? ? Canal Retangular com Degraus: Consiste numa estrutura em concreto armado (fck=20MPa)

para condução das vazões defluentes ao dissipador. ? ? Dissipador: Consiste numa estrutura retangular em concreto armado (fck=20Mpa) , para

dissipar adequadamente as vazões defluentes. ? ? Canal de Restituição: Canal escavado em terreno natural e revestido com enrocamento, para

restituir as vazões defluentes ao lago da Barragem Inferior. d) Drenagem Superficial Para o controle e descarga das vazões pluviais sobre a Barragem e nos taludes de corte do extravasor de abandono e terreno das ombreiras, será concebido um sistema constituído por canaletas de meia cana em concreto com diâmetros variando de 0,40 a 1,00m, pré moldadas e caixas de passagem em concreto simples (fck = 20 MPa). 3.4- Estudos Hidrológicos e Hidráulicos Para a definição e dimensionamento do sistema extravasor operacional e de abandono, segundo as premissas de projeto aprovadas pela CVRD, apresentadas no item anterior, foram elaborados os estudos apresentados a seguir. 3.4.1- Extravasores a) Extravasor Operacional O extravasor operacional foi concebido para o desvio das vazões afluentes decorrentes da polpa de rejeitos decantada e das cheias mais freqüentes que ocorrerão durante a implantação e operação dos diques de alteamento da Barragem Sul. Também foi concebido para permitir a implantação demais etapas futuras de alteamento. O sistema extravasor foi concebido tendo na tomada de água uma torre de queda retangular, e pequeno segmento de galeria bloco retangular conectada a uma tubulação em ARMCO, implantada na escavação em terreno natural da ombreira direita, e passando sob o maciço dos diques alteáveis. O extravasor operacional é composto pelas seguintes estruturas hidráulicas: Vertedouro de Soleira Delgada: a entrada do poço de queda funciona como um vertedouro retangular de soleira delgada pelo qual a água verte e cai no poço de queda; Galeria Circular: tubulação em ARMCO sob o maciço do dique e praia de rejeitos funciona como um canal circular que conduz a água vertida para jusante; Canal Trapezoidal: estrutura hidráulica na saída do tubo ARMCO para calha vertedora de abandono, funcionando como dissipador do sistema.


13

b) Extravasor de Abandono O sistema Extravasor de Abandono foi concebido como um vertedouro com soleira em forma de canal, com os seguintes componentes: Vertedor retangular de soleira espessa; Canal de aproximação trapezoidal; Calha seção retangular com degraus; Dissipador: em concreto, implantado a jusante do canal retangular, suficiente para evitar erosão no terreno do canal de restituição. 3.4.2- Critérios de Projeto a) Extravasor Operacional O extravasor foi concebido para escoar as vazões decorrentes da decantação da água da polpa dos rejeitos dispostos nas cabeceiras da bacia e das cheias de projeto (PMP de 24 horas) que podem vir a ocorrer nas etapas de operação da barragem. Para evitar que o tubo de descarga em ARMCO trabalhe pressurizado na operação durante o período chuvoso, a janela de entrada foi concebida para impor uma vazão defluente máxima da ordem de 6,58 m3/s (cheia de projeto amortecida). Essa capacidade é mais do que suficiente para atender as vazões da polpa de rejeitos, estimadas pela CVRD em 850 m3 / h ou 0,24 m3/s, e também para as cheias de projeto. Para verificar a capacidade de descarga dessa vazão pelo extravasor, foram considerados os seguintes elementos hidráulicos: Poço de Queda: Formado por um vertedouro de soleira delgada, de forma retangular, com a dimensão de 2,00 x 2,50 m, com a finalidade de coletar e encaminhar a água para a galeria em tubo armco. Galeria - Canal Circular: Tubulação concebida em aço corrugado tipo ARMCO, com diâmetro ? = 2,15m, e declividade de 0,5% com a finalidade de conduzir as águas vertidas e coletadas no poço da torre de queda. Nessas condições o tubo trabalha com 80% da seção. b) Extravasor de Abandono Os critérios utilizados nos estudos, para o dimensionamento do sistema extravasor de abandono estão resumidos a seguir. Bacia Hidrográfica de Contribuição


14

A bacia hidrográfica de contribuição do escoamento superficial para o local de implantação da barragem superior, bem como suas características físicas, foram definidas nos “Estudos Hidrológicos e Hidráulicos” apresentados no item seguinte. Vazão de Projeto Os hidrogramas das cheias de projeto foram calculados através de método indireto de transformação chuva-vazão, empregando o conceito do hidrograma unitário sintético, utilizando o modelo HEC – HMS. As chuvas de projeto foram definidas em conformidade com os seguintes critérios: ? ? Chuva de projeto máximo provável amortecida, para dimensionamento do extravasor

operacional e da bacia de dissipação de energia ; ? ? Chuva de projeto PMP – Precipitação Máxima Provável, para dimensionamento da soleira

vertente do vertedor de abandono e da calha de descarga e fixação do NA máximo maximorum.

Bacia Hidráulica A curva cota x área x volume do reservatório da barragem superior apresentada seguir:

c) Vertedor de Parede espessa Canal vertedor seção retangular (7,50 x 3,00 m) para coleta das águas da cheia de projeto.

CURVA COTA x VOLUME BARRAGEM SUPERIOR

938

940

942

944

946

948

950

952

954

956

958

960

0,00 500000,00 1000000,00 1500000,00 2000000,00 2500000,00 3000000,00 3500000,00 4000000,00

VOLUME (m3)

CO

TA (m

)


15

Canal Trapezoidal Canal de aproximação seção trapezoidal base de 7,50m, com inclinação de 0,0 %. Calha Retangular Calha seção retangular (4,0 x 2,50 m), em concreto armado, para transição entre o vertedor e o dissipador à jusante. Bacia de Dissipação Bacia de seção retangular em concreto, para dissipação da energia cinética da água transportada pelo canal. 3.4.3- Estudos Hidrológicos Os estudos hidrológicos foram elaborados com o objetivo principal de determinar os hidrogramas de projeto para o dimensionamento do extravasor operacional e de abandono bem como o balanço hídrico do sistema. Em linhas gerais, os estudos hidrológicos podem ser resumidos na seqüência metodológica indicada: - Delimitação da área de drenagem da bacia hidrográfica de contribuição; - Cálculo das características físicas e parâmetros da bacia de contribuição; - Definição do tempo de concentração da bacia de contribuição; - Determinação das chuvas de projeto; - Estimativa dos hidrogramas de projeto; - Amortecimento da cheia de projeto. 3.4.3.1- Informações básicas Foram solicitadas e obtidas informações básicas necessárias à elaboração dos estudos, junto à CVRD, a fim de obter os dados cadastrais e características construtivas da barragem. Foi consultada também a publicação “Inventário de Estações Pluviométricas” – ANEEL, 2000, a fim de levantar estações pluviométricas na área de interesse para determinação das chuvas de projeto. A partir destes estudos foram coletados dados básicos e adotados os critérios de projeto,


16

apresentados a seguir. 3.4.3.2- Meteorologia e Clima A região de estudo está localizada na faixa tropical do hemisfério sul entre os paralelos de 190 55´ e 190 60´ e os meridianos de 430 30´ e 430 35´. Pela sua posição geográfica, os elementos meteorológicos que definem o clima da região estão sob influência de três massas de ar: Tropical Atlântica, Polar Atlântica e as Correntes de Oeste, cujas influências variam ao longo do ano. De acordo com a classificação de Köppen, nas nascentes do rio Barão de Cocais localizadas nos contrafortes da Serra do Espinhaço o clima é do tipo Cwb mesotérmico, com verões brandos e um período seco. Nos vales dos principais rios da bacia do rio Doce o clima é do tipo Aw, quente e úmido, com período seco acentuado, coincidindo com inverno. A estação climatológica operada pelo Instituto Nacional de Meteorologia-INMET, mais próxima da área de estudo é a de Conceição do Mato Dentro, que permite avaliar as características hidrometeorológicas aproximada da área de interesse mediante as normais climatológicas (período de observação: 1961-1990) apresentadas na Tabela 1. De acordo com estes dados da estação Conceição do Mato Dentro, as normais de temperatura apontam uma média anual de 20,8o C, ocorrendo temperaturas mais baixas nos meses de maio a agosto (mínima absoluta de 0,2o C) e mais altas nos meses de setembro a março (máxima absoluta 37,8o C). O regime pluviométrico desta área é tipicamente tropical, apresentando uma média anual de 1521 mm. O período chuvoso ocorre nos meses de outubro a março, e o período seco de abril a setembro. Quanto à ocorrência das chuvas intensas, os aspectos e fenômenos meteorológicos fundamentais que devem ser considerados são os seguintes: ? ? Ausência total de fenômenos ciclônicos intensos de natureza dinâmica;

? ? Presença de frentes frias em fase de dissipação irreversível;

? ? Linhas de instabilidade, ocorrendo durante a época chuvosa;

? ? Trovoadas locais, ocorrendo na época mais quente do ano, coincidindo com a época chuvosa, pela associação da maior convecção com o efeito intensificador orográfico. As trovoadas provocam, normalmente, precipitações muito intensas, de curta duração, associadas a ventos de rajadas não persistentes.

TABELA 1 - Normais Climatológicas – Estação Conceição do Mato Dentro

Temperatura (ºC) Período Média

Compensada Máxima Mínima

Precipitação Total (mm)

Evaporação Total (mm)

Umidade Relativa (%)


17

JAN 23,4 30,0 17,8 281,1 69,4 75,7 FEV 23,5 30,3 17,9 174,3 62,7 75,0 MAR 23,0 29,9 17,6 173,0 62,3 77,9 ABR 21,3 28,4 16,1 88,5 50,4 79,4 MAI 19,0 26,9 13,5 34,6 52,4 80,3 JUN 17,0 25,9 11,1 15,3 49,2 79,2 JUL 16,5 25,5 9,6 11,9 63,5 74,8 AGO 18,2 26,8 10,7 18,0 72,7 70,7 SET 20,1 27,5 13,2 44,4 78,6 68,5 OUT 21,7 28,5 15,9 147,3 78,1 72,9 NOV 22,5 28,8 17,5 257,0 68,0 76,2 DEZ 22,8 28,9 18,0 275,9 62,8 78,2 ANO 20,8 28,1 14,9 1521,3 770,1 75,7

Obs.: Fonte: Normais Climatológicas (1961-1990)- INMET, Brasília 1992 Conforme informações locais, durante o período chuvoso de outubro a março, há uma maior probabilidade das chuvas ocorrerem no final da tarde e início da noite. No período seco, as probabilidades maiores de sua ocorrência são de manhã cedo ou mais tarde da noite.

3.4.3.3- Características da bacia

Na tabela 2 são apresentadas algumas características da bacia hidrográfica do Complexo Barragem Sul.

Tabela 2 – Características da Bacia Hidrográfica

Barr. Área (km²)

Comprimento do Rio (km)

Declividade Média do Rio (m/m)

Tempo de Concentração (h)

Sul 1,20 1,200 0,008 0,33(adotado) Inf. 2,00 1,600 0,008 0,35(adotado)

3.4.3.4- Critérios de Projeto Bacia Hidrográfica: A bacia hidrográfica de contribuição do escoamento superficial para o local da barragem superior, com área de drenagem de 1,2 km² e para o local da barragem inferior, com área de drenagem de 2,0 km², bem como suas características físicas de ambas, foram definidas a partir da topografia disponível.

Chuva de Projeto: Foi determinada a precipitação máxima provável (PMP) para as estações localizadas na região de interesse dos estudos por meio da aplicação do método PMP Estatística. Foram também determinadas as precipitações máximas, para tempos de retorno de 1.000 e 10.000 anos por meio de análise de freqüência dos dados históricos de precipitações registradas na região.


18

As chuvas de projeto (PMP, TR: 10.000 e 1.000 anos) foram determinadas pela média ponderada dos valores obtidos para cada uma das estações consideradas, adotando-se para tanto, o método dos polígonos de Thiessen; e foram discretizadas em intervalos de 1, 2 e 24 horas de duração.

Hidrograma de Projeto: Para o cálculo das vazões de projeto, usadas nas simulações do amortecimento, utilizou-se o método da convolução das precipitações máximas de projeto do Hidrograma Unitário Triangular Sintético do SCS (Soil Coservation Service), por meio do programa HEC-HMS, (Hydrologic Modeling System), desenvolvido pelo Hydrologic Engineering Center do U.S. Army Corps of Engineers.

Curva de Descarga do Vertedouro: Para o cálculo das vazões defluentes foram considerados os controles hidráulicos relativos a vertedouros tipo tulipa, a saber: controle de crista, controle de tubo e controle de canal, e controle hidráulico relativo a vertedouro de soleira delgada. Curvas Cota x Volume: Considerando as condições atuais de assoreamento, as curvas Cota x Volume são apresentadas a seguir.

Amortecimento da Cheia de Projeto: A operação simulada do trânsito da onda de cheia pelos reservatórios foi realizada, valendo-se do método de Puls, incorporado ao modelo HEC-HMS, para simulação de eventos contínuos. Dados dos Maciços e Estruturas Hidráulicas da Barragem:

CURVA COTA x VOLUME BARRAGEM SUPERIOR

938

940

942

944

946

948

950

952

954

956

958

960

0,00 500000,00 1000000,00 1500000,00 2000000,00 2500000,00 3000000,00 3500000,00 4000000,00

VOLUME (m3)

CO

TA (m

)


19

? ? Maciço:

Elevação da crista: 942,0 m

? ? Vertedouro Operacional:

Tipo: torre retangular Cota da soleira: 940,0 m Comprimento da soleira da crista: 5,40 m Q = 1,5*L*H^3/2

? ? Galeria Circular:

Cota da saída: 935,9 m Retangular - i mínima = 0,8% Circular - i = 0,5% Comprimento:200 m

? ? Vertedouro de Abandono:

Previsto para a última etapa de alteamento (cota da crista na 960,00 m). Vertedor retangular de soleira espessa; Descida de água em canal retangular; Dimensionamento sem considerar amortecimento. Cota da soleira – 958,00 m Q = 1,5*L*H^3/2

3.4.3.5- Chuvas de Projeto Aos estudos hidrológicos, em geral, interessa não somente o conhecimento das máximas precipitações observadas nas séries históricas, mas, sobretudo, prever com dados observados e valendo-se dos princípios das probabilidades, quais as máximas precipitações que possam vir a ocorrer em uma certa localidade, com determinada freqüência. da mesma forma, são avaliadas as precipitações mínimas e médias. Por meio da análise regional dos dados das estações pluviométricas localizadas na área de interesse dos estudos pode-se obter o conhecimento sobre a distribuição superficial das precipitações. desta forma, foram levantadas na região as estações pluviométricas com disponibilidade de medições, e consideradas representativas para caracterizar o regime pluviométrico da região. A Tabela 3 apresenta as estações pluviométricas selecionadas para subsidiar os estudos.

Tabela 3 - Estações Pluviométricas Selecionadas

Código Estação Município Responsável Período de Dados

1943000 Mineração Morro Velho Nova Lima ANA 10/1941 a 12/2001


20

1943006 Sabará Sabará ANA 07/1941 a 12/2001 1943007 Santa Bárbara Santa Bárbara ANA 11/1941 a 12/2001 1943010 Caeté Caeté ANA 07/1941 a 12/2001 1943023 Taquaraçu Taquaraçu de Minas ANA 03/1942 a 12/2001 1943024 José de Melo Juatuba ANA 02/1944 a 12/2001

1943027 Usina Peti São Gonçalo do Rio

Abaixo ANA 10/1946 a 12/2001

2043023 Conceição do Rio

Acima Santa Bárbara ANA 11/1941 a 12/1965

Cabe aqui ressaltar que os dados de precipitações utilizados nos estudos não foram reavaliados em nível de consistência, sendo, portanto, considerada a consistência destes realizada pela ANA. Para obtenção da precipitação de projeto foram utilizados dois métodos:

- Método da PMP Estatística, a fim de se determinar a precipitação máxima provável para a região dos estudos;

- Método da Análise de Freqüência Local de Eventos Máximos Anuais; a fim se determinar as precipitações máximas vinculadas a tempos de retorno previamente especificados.

3.4.3.6- Precipitação Máxima Provável Para se determinar a precipitação máxima provável para a região do barramento foi adotado o método da PMP Estatística, desenvolvido por Hershfield em 1961, baseado na equação geral de freqüência de Chow (1964):

nnt KSXX ???

onde,

Xt corresponde ao valor da precipitação para um tempo de retorno t;

Xn corresponde à média da série de n máximos anuais;

Sn é o valor do desvio padrão da série de máximos anuais

K o fator de recorrência que varia com as diferentes distribuições de freqüência que ajustam aos valores extremos de dados hidrológicos. Este método pode ser utilizado em estudos onde não há grande disponibilidade de dados meteorológicos, mas exista uma boa quantidade de dados pluviométricos (pelo menos 20 anos de máximos anuais); e a área de drenagem da bacia seja inferior a 1.000 km². A desvantagem deste método é a obtenção da PMP pontual, sendo necessária a redução do valor calculado para representar uma distribuição temporal. Para a aplicação da equação, acima apresentada, fazem-se necessários alguns ajustes, segundo o manual da WMO (World Meteorological Organization):


21

- Ajuste da média e do desvio padrão para o evento máximo observado; - Ajuste da média e do desvio padrão para o tamanho da série; - Ajuste para observações em intervalos de tempo fixo; - Ajuste para áreas.

Valendo-se deste método foram obtidas as PMP de 24h para as estações selecionadas, apresentadas na Tabela 4.

Tabela 4 - Precipitação Máxima Provável

Código Estação PMP 24h (mm) 1943000 Mineração Morro Velho 322,65 1943006 Sabará 303,35 1943007 Santa Bárbara 311,27 1943010 Caeté 312,48 1943023 Taquaraçu 305,25 1943024 José de Melo 287,06 1943027 Usina Peti 298,37

2043023 Conceição do Rio

Acima 307,23

3.4.3.7- Análise de Freqüência Os estudos de precipitações extremas podem ser elaborados com base em enfoques estatísticos, analíticos ou hidrometeorológicos, em função da disponibilidade de dados da região de interesse. Assim, para a caracterização das precipitações máximas na região dos estudos avaliou-se a distribuição de freqüência de melhor ajuste à série amostral de eventos anuais máximos das estações selecionadas. Para que a amostra seja representativa da população a ser estimada (valores extremos em função de períodos de recorrência), é necessário utilizar séries com 15 ou mais eventos de valores anuais máximos. As séries de precipitações máximas das estações selecionadas para este estudo satisfazem esta condição, constituindo-se, portanto, em amostras satisfatórias para a análise de freqüência através do uso de distribuições de probabilidade. A partir do exposto, as séries de precipitações acumuladas diárias máximas anuais das estações selecionadas foram extraídas para o período referente ao ano hidrológico (01 de outubro a 30 de setembro), a fim de subsidiar os estudos de analise de freqüência conforme apresentado na tabela 5 - A. As séries de precipitações máximas apresentadas foram, então, submetidas ao ajuste das distribuições de probabilidades estatísticas, valendo-se do programa SEAF desenvolvido pela Universidade Federal de Minas Gerais. Para auxiliar na escolha do melhor ajuste foram utilizados testes não paramétricos, além dos métodos de ajuste visual e matemático. A distribuição Gumbel foi a que melhor se ajustou às séries de precipitações máximas, tal como pode ser visto na Figura 2.


22

A Tabela 5 – B apresenta os quantis relativos a diversos tempos de recorrência, obtidos para as estações pluviométricas submetidas à análise de freqüência, e a Tabela 5 – C apresenta os quantis relativos a curva média.

Tabela 5 – A Séries de Precipitações Máximas Anuais das Estações Selecionadas

Ano 1943000 1943006 1943007 1943010 1943023 1943024 1943027 2043023 41-42 59,2 69,0 - 72,8 - - - - 42-43 144,0 - 116,8 69,4 57,4 - - 100,0 43-44 - - - 77,8 85,0 89,5 - 72,3 44-45 71,1 70,8 110,4 74,2 114,4 - - 80,0 45-46 60,9 58,8 84,7 102,2 59,6 - 111,4 85,0 46-47 79,2 114,0 131,0 93,4 96,2 55,4 102,4 139,0 47-48 103,6 57,4 59,0 75,0 112,2 - 130,2 98,8 48-49 126 132,4 - 117,4 137,2 64,2 87,1 140,0 49-50 54,6 - 52,5 47,2 82,4 62,4 72,2 60,0 50-51 96,0 110,0 128,7 67,4 67,8 - 81,2 100,0 51-52 68,1 100,0 77,3 76,0 66,4 - 72,2 58,8 52-53 100,8 75,0 79,2 102,6 61,8 - 84,9 80,0 53-54 101,1 118,0 78,1 87,0 69,4 72,2 88,4 75,0 54-55 80,8 - 70,2 112,8 73,0 - 69,5 79,2 55-56 - 49,0 55,4 - 66,0 82,1 59,8 45,4 56-57 81,3 - 72,4 80,1 - 58,2 71,3 80,4 57-58 90,4 68,0 108,2 - 97,8 85,3 46,0 100,4 58-59 56,1 - 55,1 95,7 47,4 68,2 114,0 75,4 59-60 84,8 - 78,1 102,3 - 106 79,0 95,4 60-61 87,4 72,0 110,1 105,5 123,0 - 140,0 75,4 61-62 - 80,0 82,1 - 62,4 102,2 59,0 48,4 62-63 73,9 100,0 86,3 - 78,4 89,5 111,4 85,0 63-64 88,4 - 85,0 - 94,0 - 63,6 70,0 64-65 76,7 - 61,2 75,9 74,2 - 74,0 94,0 65-66 76,7 - 108,1 - 96,0 110,1 130,0 - 66-67 - - 84,4 - 76,6 75,0 60,0 - 67-68 61,7 - 73,4 50,7 68,4 60,1 69,0 - 68-69 104,4 64,0 116,4 - 85,4 - 91,4 - 69-70 104,6 - 73,1 82,8 75,2 - 66,4 - 70-71 55,1 70,0 53,1 52,0 74,4 57,1 58,4 - 71-72 74,4 - 94,4 - 110,2 75,1 134,6 - 72-73 78,3 75,0 64,1 - 80,2 64,3 95,6 - 73-74 - - 81,4 - 66,2 52,1 81,4 - 74-75 72,0 58,4 64,4 - - 57,3 69,2 - 75-76 52,0 - 55,6 - - 56,4 69,0 - 76-77 - 70,8 136,2 66,9 - 83,2 70,0 - 77-78 119,1 100,0 - 210,2 139,0 112,3 96,2 - 78-79 130,0 72,6 - 92,1 - 102,1 107,8 - 79-80 - 70,6 45,0 86,5 54,2 68,4 99,8 -


23

Tabela 5 – A - CONTINUAÇÃO

Séries de Precipitações Máximas Anuais das Estações Selecionadas

Ano 1943000 1943006 1943007 1943010 1943023 1943024 1943027 2043023 80-81 - 70,4 24,0 86,3 77,2 85,0 59,4 - 81-82 140,4 - 23,0 123,6 - 88,0 99,6 - 82-83 99,1 87,4 57,0 84,6 93,4 75,3 90,4 - 83-84 70,3 - 71,8 64,6 71,2 58,4 68,8 - 84-85 110,0 - 100,0 80,7 - 87,1 110,2 - 85-86 100,0 80,4 55,8 73,0 99,6 74,0 53,8 - 86-87 - 64,2 39,5 83,4 65,2 54,1 45,0 - 87-88 76,2 - 102,2 73,6 77,2 97,8 83,6 - 88-89 51,0 - 64,0 57,2 - 79,6 64,4 - 89-90 75,0 - 63,2 97,7 69,3 70,0 64,2 - 90-91 - - 77,0 116,2 84,2 106,8 96,0 - 91-92 - - 83,0 100,9 - - 79,2 - 92-93 - - 50,0 - 73,3 - 98,0 - 93-94 89,7 - 87,0 84,2 93,2 124,6 82,6 - 94-95 96,8 - 75,0 93,4 56,3 69,4 80,2 - 95-96 124,0 154,7 54,0 147,1 147,2 126,8 132,4 - 96-97 141,0 - 103,7 118,2 143,3 109,0 112,0 - 97-98 57,0 - 101,5 67,5 71,5 97,3 - - 98-99 107,0 77,9 79,5 107,3 72,9 48,6 85,9 - 99-00 81,4 98,5 88,9 102,8 84,1 - 91,0 - 00-01 - 115,9 93,8 133,9 105,3 111,2 90,7 -

Figura 2 - Curvas de Freqüência Ajustadas às Séries de Precipitações Máximas Anuais

Distribuições de Freqüência dos Máximos Anuais de Precipitações Acumuladas Diárias

0

50

100

150

200

250

300

1 10 100 1000 10000

Período de Retorno (Anos)

Pre

cipi

taçã

o A

cum

ulad

a D

iári

a (m

m)

Mineração Morro VelhoConceição do Rio AcimaUsina PetiJosé de MeloTaquaraçuCaetéSanta BárbaraSabará1943023


24

Tabela 5 – B Precipitações Máximas Anuais

Período de Recorrência (anos) Código Estação 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 10.000

1943000 Mineração Morro Velho 216,22 230,28 238,50 244,33 248,85 262,90 1943006 Sabará 205,45 218,75 226,53 232,05 236,33 249,62 1943007 Santa Bárbara 208,85 223,12 231,46 237,38 241,97 256,23 1943010 Caeté 223,19 237,70 246,19 252,21 256,88 271,39 1943023 Taquaraçu 202,59 215,53 223,11 228,48 232,64 245,59 1943024 José de Melo 192,38 204,63 211,80 216,88 220,83 233,08 1943027 Usina Peti 203,42 216,38 223,97 229,35 233,52 246,48 2043023 Conceição do Rio Acima 200,72 213,48 220,94 226,24 230,34 243,10

Tabela 5 – C Quantis Médios

Curva Média TR (anos) 2 10 25 50 100 500 1.000 5.000 10.000

P (mm) 80,37 116,73 135,03 148,60 162,08 193,22 206,60 237,67 251,05

3.4.3.8- Cálculo da Precipitação Média A fim de se determinar a precipitação máxima média sobre a região considerada, tanto para as PMP’s quanto para os quantis obtidos pela Análise de Freqüência, foi utilizado o método dos polígonos de Thiessen. Os resultados obtidos são apresentados na Tabela 6.

Tabela 6 - Precipitações Máximas Médias (mm)

Método dos Polígonos de Thiessen % dos Quantis da Análise de

Freqüência Estação % % PMP 1.000 anos 10.000 anos

Mineração Morro Velho 3,2 10,22 6,85 8,33 Sabará 10,1 30,77 20,84 25,32

Santa Bárbara 9,6 30,03 20,15 24,72 Caeté 32,3 100,83 72,02 87,57

Taquaraçu 8,3 25,36 16,83 20,40 José de Melo 16,2 46,58 31,22 37,82

Usina Peti 8,4 25,19 17,17 20,81 Conceição do Rio

Acima 11,8 36,24 23,68 28,68

Total 100,00 305,22 208,76 253,65


25

3.4.3.9- Hietograma de Projeto A partir das precipitações máximas médias apresentadas na Tabela 6 foram calculadas precipitações de projeto com durações de 1 e 2 horas, a fim de se determinar a situação mais crítica, isto é, qual duração resultaria num hidrograma de projeto com um pico mais elevado. Na transformação das chuvas apresentadas, para as durações especificadas, foi utilizada a metodologia preconizada pela CETESB. Os quantis médios calculados por este método são apresentados na Tabela 7 – A.

Tabela 7 – A - Precipitações de Projeto

Precipitação Duração PMP 10.000

anos 1.000 anos

24h 305,2 253,6 208,8 2h 149,6 124,3 102,3 1h 128,2 106,5 87,7

Na obtenção dos hietogramas de projeto, para as precipitações máximas médias apresentadas na Tabela 9.7 – A, foi utilizado o método de discretização de Huff, com 50% de probabilidade de excedência, no segundo quartil. Os resultados obtidos encontram-se nas Tabelas 7 – B, C e D, respectivamente para as durações de 24, 2 e 1 hora.


26

Tabela 7 – B - Hietogramas de Projeto – 24 horas de Duração

t (hora) t (%) P (%) PMP 10.000 1.000

1 4,2 1,23 3,75 3,12 2,57 2 8,3 2,45 7,48 6,21 5,11 3 12,5 2,95 9,00 7,48 6,16 4 16,7 3,37 10,29 8,55 7,04 5 20,8 5,71 17,43 14,48 11,92 6 25,0 7,97 24,33 20,22 16,64 7 29,2 8,84 26,98 22,42 18,45 8 33,3 10,55 32,20 26,76 22,02 9 37,5 10,92 33,33 27,70 22,80 10 41,7 9,57 29,21 24,27 19,98 11 45,8 8,98 27,41 22,78 18,75 12 50,0 7,46 22,77 18,92 15,57 13 54,2 4,91 14,99 12,45 10,25 14 58,3 3,19 9,74 8,09 6,66 15 62,5 2,70 8,24 6,85 5,64 16 66,7 2,00 6,10 5,07 4,18 17 70,8 1,70 5,19 4,31 3,55 18 75,0 1,50 4,58 3,80 3,13 19 79,2 1,25 3,82 3,17 2,61 20 83,3 1,00 3,05 2,54 2,09 21 87,5 0,75 2,29 1,90 1,57 22 91,7 0,50 1,53 1,27 1,04 23 95,8 0,30 0,92 0,76 0,63 24 100,0 0,20 0,61 0,51 0,42


27

Tabela 7 – C - Hietogramas de Projeto – 2 horas de Duração

t (min) t (%) P (%) PMP 10.000 1.000 6 5 12,9 19,30 16,04 13,20 12 10 15,1 22,51 18,71 15,40 18 15 10,8 16,08 13,36 11,00 24 20 8,6 12,87 10,69 8,80 30 25 8,2 12,25 10,18 8,38 36 30 6,4 9,62 8,00 6,58 42 35 5,8 8,68 7,22 5,94 48 40 5,4 8,04 6,68 5,50 54 45 4,4 6,55 5,45 4,48 60 50 4,2 6,31 5,25 4,32 66 55 4,0 5,95 4,95 4,07 72 60 3,2 4,79 3,98 3,27 78 65 3,1 4,64 3,85 3,17 84 70 2,6 3,92 3,26 2,68 90 75 2,1 3,11 2,58 2,12 96 80 1,2 1,79 1,49 1,23 102 85 0,9 1,35 1,12 0,92 108 90 0,7 1,05 0,87 0,72 114 95 0,3 0,45 0,37 0,31 120 100 0,2 0,30 0,25 0,20

Tabela 7 – D - Hietogramas de Projeto – 1 hora de Duração

t (min) t (%) P (%) PMP 10.000 1.000 6 10 15,2 19,5 16,2 13,3 12 20 17,4 22,3 18,5 15,2 18 30 26,1 33,4 27,8 22,9 24 40 13,0 16,7 13,9 11,4 30 50 10,3 13,2 10,9 9,0 36 60 7,1 9,1 7,6 6,3 42 70 6,5 8,4 6,9 5,7 48 80 2,2 2,8 2,3 1,9 54 90 1,7 2,2 1,9 1,5 60 100 0,4 0,6 0,5 0,4

3.4.3.10- Hidrograma de Projeto Na obtenção dos hidrogramas de projeto foi utilizado o método de transformação chuva-vazão SCS (Soil Conservation Service – HEC-HMS). Os valores dos parâmetros do modelo utilizados no estudo são apresentados na Tabela 8 – A e os hidrogramas resultantes para a barragem superior são apresentados nas Figuras 3 – A, B, C, D, E, F, G, H e I e nas Tabelas 8 – B, C e D, respectivamente, para as durações de 24, 2 e 1 hora.


28

Tabela 8 – A - Parâmetros do Modelo

CN 75 S 84,67 Ia 16,93

tc (h) 0,33 Lag (h) 0,20

Lag (min) 12 Área Impermeável

(%) 50

Tabela 8 – B - Hidrogramas de Projeto – 24 horas de duração

PMP 10.000 anos 1.000 anos Tempo (h) P (mm) Q (m³/s) P (mm) Q (m³/s) P (mm) Q (m³/s) 0 3,75 0,46 3,12 0,39 2,57 0,32 1 7,48 1,06 6,21 0,88 5,11 0,72 2 9,00 1,41 7,48 1,16 6,16 0,96 3 10,29 1,86 8,55 1,46 7,04 1,15 4 17,43 3,45 14,48 2,68 11,92 2,06 5 24,33 5,61 20,22 4,42 16,64 3,42 6 26,98 7,15 22,42 5,69 18,45 4,45 7 32,20 8,99 26,76 7,23 22,02 5,71 8 33,33 9,97 27,70 8,08 22,80 6,43 9 29,21 9,39 24,27 7,65 19,98 6,13 10 27,41 8,87 22,78 7,25 18,75 5,83 11 22,77 7,68 18,92 6,29 15,57 5,08 12 14,99 5,53 12,45 4,53 10,25 3,67 13 9,74 3,71 8,09 3,04 6,66 2,46 14 8,24 2,89 6,85 2,37 5,64 1,92 15 6,10 2,19 5,07 1,80 4,18 1,46 16 5,19 1,79 4,31 1,47 3,55 1,20 17 4,58 1,55 3,80 1,28 3,13 1,04 18 3,82 1,31 3,17 1,08 2,61 0,88 19 3,05 1,07 2,54 0,88 2,09 0,71 20 2,29 0,82 1,90 0,68 1,57 0,55 21 1,53 0,57 1,27 0,47 1,04 0,38 22 0,92 0,36 0,76 0,30 0,63 0,24 23 0,61 0,24 0,51 0,19 0,42 0,16


29

Tabela 8 – C - Hidrogramas de Projeto – 2 horas de duração

PMP 10.000 anos 1.000 anos Tempo (h) P (mm) Q (m³/s) P (mm) Q (m³/s) P (mm) Q (m³/s) 6 19,30 3,02 16,04 2,49 13,20 2,06 12 22,51 13,43 18,71 10,88 15,40 8,79 18 16,08 25,90 13,36 20,59 11,00 16,28 24 12,87 32,92 10,69 25,96 8,80 20,26 30 12,25 34,53 10,18 27,22 8,38 21,15 36 9,62 33,76 8,00 26,69 6,58 20,77 42 8,68 31,48 7,22 24,99 5,94 19,51 48 8,04 28,77 6,68 22,92 5,50 17,94 54 6,55 26,16 5,45 20,94 4,48 16,42 100 6,31 23,58 5,25 18,97 4,32 14,89 106 5,95 21,44 4,95 17,32 4,07 13,60 112 4,79 19,63 3,98 15,89 3,27 12,50 118 4,64 17,69 3,85 14,35 3,17 11,33 124 3,92 15,86 3,26 12,93 2,68 10,24 130 3,11 14,05 2,58 11,51 2,12 9,11 136 1,79 11,90 1,49 9,76 1,23 7,70 142 1,35 9,37 1,12 7,66 0,92 6,02 148 1,05 7,11 0,87 5,75 0,72 4,51 154 0,45 5,30 0,37 4,25 0,31 3,31 200 0,30 3,73 0,25 2,99 0,20 2,30

Tabela 8 – D - Hidrogramas de Projeto – 1 hora de duração

PMP 10.000 anos 1.000 anos Tempo (h) P (mm) Q (m³/s) P (mm) Q (m³/s) P (mm) Q (m³/s) 6 19,51 3,05 16,21 2,53 13,34 2,07 12 22,29 13,50 18,53 10,94 15,25 8,81 18 33,44 30,22 27,79 24,01 22,87 18,89 24 16,72 47,03 13,90 37,18 11,44 28,96 30 13,15 51,44 10,93 40,75 9,00 31,73 36 9,14 46,30 7,60 36,80 6,25 28,77 42 8,36 38,63 6,95 30,81 5,72 24,22 48 2,79 31,09 2,32 24,83 1,91 19,60 54 2,23 22,65 1,85 18,12 1,52 14,32 100 0,56 15,13 0,46 12,16 0,38 9,58 106 - 9,32 - 7,53 - 5,91 112 - 5,23 - 4,23 - 3,31 118 - 2,54 - 2,21 - 1,73 124 - 1,38 - 1,12 - 0,88 130 - 0,68 - 0,55 - 0,43 136 - 0,33 - 0,27 - 0,21 142 - 0,16 - 0,13 - 0,10 148 - 0,06 - 0,05 - 0,04 154 - 0,02 - 0,02 - 0,02 200 - 0,01 - 0,01 - 0,01


30

Figura 3 – A - Hidrogramas de Projeto para PMP – 24 horas de duração Hidrograma de Projeto (PMP - 24 horas)

0

10

20

30

40

50

60

70

Pre

cipi

taçã

o (m

m)

0

5

10

15

20

25

Vaz

ão (m

³/s)

P (mm) 3,75 7,48 9,00 10,29 17,43 24,33 26,98 32,20 33,33 29,21 27,41 22,77 14,99 9,74 8,24 6,10 5,19 4,58 3,82 3,05 2,29 1,53 0,92 0,61

Q (m³/s) 0,46 1,06 1,41 1,86 3,45 5,61 7,15 8,99 9,97 9,39 8,87 7,68 5,53 3,71 2,89 2,19 1,79 1,55 1,31 1,07 0,82 0,57 0,36 0,24

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23T (h)

Figura 3 – B - Hidrogramas de Projeto para PTR = 10.000 – 24 horas de duração

Hidrograma de Projeto (10.000 anos - 24 horas)0

10

20

30

40

50

60

70

Pre

cipi

taçã

o (m

m)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Vaz

ão (m

³/s)

P (mm) 3,12 6,21 7,48 8,55 14,48 20,22 22,42 26,76 27,70 24,27 22,78 18,92 12,45 8,09 6,85 5,07 4,31 3,80 3,17 2,54 1,90 1,27 0,76 0,51

Q (m³/s) 0,39 0,88 1,16 1,46 2,68 4,42 5,69 7,23 8,08 7,65 7,25 6,29 4,53 3,04 2,37 1,80 1,47 1,28 1,08 0,88 0,68 0,47 0,30 0,19

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23T (h)


31

Figura 3 – C - Hidrogramas de Projeto para PTR = 1.000 – 24 horas de duração


10

20

30

40

50

60

Pre

cipi

taçã

o (m

m)

0

2

4

6

8

10

12

14

Vaz

ão (m

³/s)

P (mm) 2,57 5,11 6,16 7,04 11,92 16,64 18,45 22,02 22,80 19,98 18,75 15,57 10,25 6,66 5,64 4,18 3,55 3,13 2,61 2,09 1,57 1,04 0,63 0,42

Q (m³/s) 0,32 0,72 0,96 1,15 2,06 3,42 4,45 5,71 6,43 6,13 5,83 5,08 3,67 2,46 1,92 1,46 1,20 1,04 0,88 0,71 0,55 0,38 0,24 0,16

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23T (h)

Figura 3 – D - Hidrogramas de Projeto para PMP – 2 horas de duração

Hidrograma de Projeto (PMP - 2 horas)0

10

20

30

40

50

Pre

cipi

taçã

o (m

m)

0

10

20

30

40

50

60

70

Vaz

ão (m

³/s)

P (mm) 19,30 22,51 16,08 12,87 12,25 9,62 8,68 8,04 6,55 6,31 5,95 4,79 4,64 3,92 3,11 1,79 1,35 1,05 0,45 0,30

Q (m³/s) 3,02 13,43 25,90 32,92 34,53 33,76 31,48 28,77 26,16 23,58 21,44 19,63 17,69 15,86 14,05 11,90 9,37 7,11 5,30 3,73

6 12 18 24 30 36 42 48 54 100 106 112 118 124 130 136 142 148 154 200T (h)


32

Figura 3 – E - Hidrogramas de Projeto para PTR = 10.000 – 2 horas de duração


10

20

30

40

50

Pre

cipi

taçã

o (m

m)

0

10

20

30

40

50

60

Vaz

ão (m

³/s)

P (mm) 16,04 18,71 13,36 10,69 10,18 8,00 7,22 6,68 5,45 5,25 4,95 3,98 3,85 3,26 2,58 1,49 1,12 0,87 0,37 0,25

Q (m³/s) 2,49 10,88 20,59 25,96 27,22 26,69 24,99 22,92 20,94 18,97 17,32 15,89 14,35 12,93 11,51 9,76 7,66 5,75 4,25 2,99

6 12 18 24 30 36 42 48 54 100 106 112 118 124 130 136 142 148 154 200T (h)

Figura 3 – F - Hidrogramas de Projeto para PTR = 1.000 – 2 horas de duração


10

20

30

40

50

Pre

cipi

taçã

o (m

m)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Vaz

ão (m

³/s)

P (mm) 13,20 15,40 11,00 8,80 8,38 6,58 5,94 5,50 4,48 4,32 4,07 3,27 3,17 2,68 2,12 1,23 0,92 0,72 0,31 0,20

Q (m³/s) 2,06 8,79 16,28 20,26 21,15 20,77 19,51 17,94 16,42 14,89 13,60 12,50 11,33 10,24 9,11 7,70 6,02 4,51 3,31 2,30

6 12 18 24 30 36 42 48 54 100 106 112 118 124 130 136 142 148 154 200T (h)


33

Figura 3– G - Hidrogramas de Projeto para PMP – 1 hora de duração

Hidrograma de Projeto (PMP - 1 hora)0

10

20

30

40

50

60

70

80

Pre

cipi

taçã

o (m

m)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Vaz

ão (m

³/s)

P (mm) 19,51 22,29 33,44 16,72 13,15 9,14 8,36 2,79 2,23 0,56

Q (m³/s) 3,05 13,50 30,22 47,03 51,44 46,30 38,63 31,09 22,65 15,13 9,32 5,23 2,54 1,38 0,68 0,33 0,16 0,06 0,02 0,01

6 12 18 24 30 36 42 48 54 100 106 112 118 124 130 136 142 148 154 200T (h)

Figura 3 – H - Hidrogramas de Projeto para PTR = 10.000 – 1 hora de duração Hidrograma de Projeto (10.000 anos - 1 hora)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Pre

cipi

taçã

o (m

m)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Vaz

ão (m

³/s)

P (mm) 16,21 18,53 27,79 13,90 10,93 7,60 6,95 2,32 1,85 0,46

Q (m³/s) 2,53 10,94 24,01 37,18 40,75 36,80 30,81 24,83 18,12 12,16 7,53 4,23 2,21 1,12 0,55 0,27 0,13 0,05 0,02 0,01

6 12 18 24 30 36 42 48 54 100 106 112 118 124 130 136 142 148 154 200T (h)


34

Figura 3 – I - Hidrogramas de Projeto para PTR = 1.000 – 1 hora de duração

Hidrograma de Projeto (1.000 anos - 1 hora)0

10

20

30

40

50

60

70

Pre

cipi

taçã

o (m

m)

0

10

20

30

40

50

60

70

Vaz

ão (m

³/s)

P (mm) 13,34 15,25 22,87 11,44 9,00 6,25 5,72 1,91 1,52 0,38

Q (m³/s) 2,07 8,81 18,89 28,96 31,73 28,77 24,22 19,60 14,32 9,58 5,91 3,31 1,73 0,88 0,43 0,21 0,10 0,04 0,02 0,01

6 12 18 24 30 36 42 48 54 100 106 112 118 124 130 136 142 148 154 200T (h)

3.4.3.11- Amortecimento da Onda de Cheia Conforme especificações do projeto de alteamento da Barragem Sul, o vertedouro deve ser dimensionado para uma vazão de 1.000 anos de tempo de recorrência, amortecida. Considerando o exposto, foram realizadas as simulações de amortecimento da onda de cheia pelo reservatório utilizando os hidrogramas de projeto referentes às vazões de 1.000 anos com durações de 24, 2 e 1 hora de duração, a fim de verificar qual deles produziria a maior vazão amortecida.

A simulação do trânsito da onda de cheia pelo reservatório foi realizada valendo-se do método de Puls, incorporado ao modelo HEC-HMS (Hydrologic Modeling System).

A tabela 9 – A e as figuras 4 – A, B e C apresentam os hidrogramas afluentes e defluentes, bem como os valores das sobrelevações do nível do reservatório, produzidos pelo trânsito das ondas de cheias escolhidas.


35

Tabela 9 – A - Amortecimento das Ondas de Cheia para QTR=1.000 anos

24 horas 2 horas 1 hora

Tempo (h)

Vazão Entrada (m³/s)

Vazão Saída (m³/s)

N.A. (m)

Tempo (min)



N.A. (m)

Tempo (min)



N.A. (m)

1 0,32 0,00 940,00 0 0 0 940,00 6 2,07 0,00 940,00 2 0,72 0,02 940,02 15 12,47 0,04 940,04 12 8,81 0,02 940,02 3 0,96 0,04 940,04 30 19,80 0,26 940,15 18 18,89 0,06 940,05 4 1,15 0,08 940,06 45 18,37 0,63 940,27 24 28,96 0,18 940,12 5 2,06 0,15 940,10 60 15,07 1,04 940,37 30 31,73 0,39 940,19 6 3,42 0,32 940,17 75 12,14 1,40 940,45 36 28,77 0,65 940,27 7 4,45 0,61 940,26 90 9,33 1,69 940,51 42 24,22 0,91 940,34 8 5,71 1,04 940,37 105 5,62 1,87 940,55 48 19,60 1,14 940,39 9 6,43 1,60 940,50 120 2,67 1,95 940,57 54 14,32 1,32 940,44 10 6,13 2,19 940,61 135 0,95 1,96 940,56 60 9,58 1,45 940,46 11 5,83 2,70 940,70 150 0,26 1,90 940,56 66 5,91 1,52 940,48 12 5,08 3,10 940,77 165 0,06 1,84 940,54 72 3,31 1,56 940,49 13 3,67 3,33 940,81 180 0,01 1,79 940,53 78 1,73 1,57 940,49 14 2,46 3,25 940,80 195 0,00 1,73 940,52 84 0,88 1,57 940,49 15 1,92 3,09 940,77 210 0,00 1,67 940,51 90 0,43 1,56 940,49 16 1,46 2,89 940,74 225 0,00 1,62 940,50 96 0,21 1,54 940,48 17 1,20 2,67 940,70 240 0,00 1,57 940,49 102 0,10 1,53 940,48 18 1,04 2,46 940,86 - 108 0,04 1,51 940,48 19 0,88 2,26 940,62 - 114 0,02 1,49 940,47 20 0,71 2,07 940,59 - 120 0,01 1,47 940,47 21 0,55 1,88 940,55 - - 22 0,38 1,71 940,52 - - 23 0,24 1,54 940,48 - - 24 0,16 1,38 940,45 - -


36

Figura 4 – A

Amortecimento da Cheia de Projeto(TR = 1.000 - 24 horas)

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

0 4 8 12 16 20 24

Tempo (horas)

Vaz

ão (m

³/s)

940.0

940.1

940.2

940.3

940.4

940.5

940.6

940.7

940.8

940.9

941.0

Nív

el d

'águ

a (m

)

Defluente

Afluente

Nível

Figura 4 – B


0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

0 50 100 150 200

Tempo (min)

Vaz

ão (m

³/s)

940.0

940.1

940.2

940.3

940.4

940.5

940.6

940.7

940.8

940.9

941.0

Nív

el d

'águ

a (m

)

Defluente

Afluente

Nível


37

Figura 4 – C

Amortecimento da Cheia de Projeto(TR = 1.000 - 1 hora)

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

0 20 40 60 80 100 120

Tempo (min)

Vaz

ão (m

³/s)

940.0

940.1

940.2

940.3

940.4

940.5

940.6

940.7

940.8

940.9

941.0

Nív

el d

'águ

a (m

)

Defluente

Afluente

Nível

De acordo com os resultados apresentados pode-se verificar que, embora o pico da vazão de entrada seja maior para a chuva com 1 hora de duração, o pico da vazão de saída é maior quando se considera a vazão com 24 horas de duração, e conseqüentemente, uma maior sobrelevação do nível do reservatório é produzida, sobrelevação esta igual a 81 cm. Realizou-se a simulação do transito da onda de cheia pelo reservatório com os hidrogramas de projeto provenientes da precipitação com tempo de recorrência de 10.000 anos e da precipitação máxima provável, com 24 horas de duração (situação mais crítica), a fim de se verificar o funcionamento do vertedouro nestas condições. A Tabela 9 – B e as Figuras 4 – D e E apresentam os hidrogramas afluentes e defluentes, bem como os valores das sobrelevações do nível do reservatório, obtidos nestas simulações.


38

Tabela 9 – B - Amortecimento das Ondas de Cheia com duração de 24 horas

PMP TR = 10.000 anos

Tempo (h)



N.A. (m)

Tempo (h)



N.A. (m)

1 0,46 0,01 940,01 1 0,39 0,01 940,01 2 1,06 0,03 940,03 2 0,88 0,02 940,02 3 1,41 0,06 940,06 3 1,16 0,05 940,05 4 1,86 0,14 940,10 4 1,46 0,10 940,08 5 3,45 0,30 940,16 5 2,68 0,22 940,13 6 5,61 0,63 940,27 6 4,42 0,45 940,21 7 7,15 1,21 940,41 7 5,69 0,87 940,33 8 8,99 2,03 940,58 8 7,23 1,47 940,47 9 9,97 3,05 940,76 9 8,08 2,24 940,62 10 9,39 4,06 940,92 10 7,65 3,02 940,76 11 8,87 4,90 941,04 11 7,25 3,78 940,88 12 7,68 5,49 941,13 12 6,29 4,16 940,94 13 5,53 5,68 941,15 13 4,53 4,36 940,97 14 3,71 5,50 941,13 14 3,04 4,27 940,95 15 2,89 5,12 941,07 15 2,37 4,02 940,92 16 2,19 4,67 941,01 16 1,80 3,80 940,88 17 1,79 4,23 940,95 17 1,47 3,61 940,85 18 1,55 3,86 940,89 18 1,28 3,05 940,76 19 1,31 3,64 940,86 19 1,08 2,78 940,72 20 1,07 3,08 940,77 20 0,88 2,53 940,67 21 0,82 2,77 940,72 21 0,68 2,29 940,63 22 0,57 2,49 940,67 22 0,47 2,07 940,59 23 0,36 2,22 940,62 23 0,30 1,86 940,55 24 0,24 1,97 940,57 24 0,19 1,66 940,51


39

Figura 4 – D

Amortecimento da Cheia de Projeto(PMP - 24 horas)

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

0 4 8 12 16 20 24

Tempo (horas)

Vaz

ão (m

³/s)

940.0

940.2

940.4

940.6

940.8

941.0

941.2

Nív

el d

'águ

a (m

)

Defluente

Afluente

Nível

Figura 4 – E


0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

0 4 8 12 16 20 24

Tempo (horas)

Vaz

ão (m

³/s)

940.0

940.1

940.2

940.3

940.4

940.5

940.6

940.7

940.8

940.9

941.0

Nív

el d

'águ

a (m

)

Defluente

Afluente

Nível

As sobrelevações produzidas no reservatório foram de 115 cm e 97 cm relativas, respectivamente, aos hidrogramas de projeto produzidos pela PMP e pela precipitação com 10.000 anos de tempo de recorrência. Conclui-se, então, através das simulações realizadas, que o vertedouro dimensionado funciona em condições de segurança, garantindo uma borda livre ligeiramente superior a 1,0 m, mesmo na situação extrema que corresponde a PMP.


40

3.4.3.12- Vertedouro Operacional No cálculo das vazões defluentes do vertedouro tipo torre foram considerados os controles hidráulicos relativos a esse tipo de órgão de extravasamento, a saber: controle de crista, controle de tubo e controle de galeria. Durante o dimensionamento, priorizou-se o funcionamento baseado no controle de crista. A galeria/armco foi dimensionada de forma a trabalhar exclusivamente como canal, não permitindo seu funcionamento em carga. A Figura 5 – A apresenta um esquema do vertedouro tipo torre dimensionado e a Figura 5 – B apresenta a curva de descarga deste vertedouro.

Figura 5 – A Esquema do Vertedouro Torre

I = 0,5%


41

Figura 5 – B - Curva de Descarga do Vertedor Operacional

Curva de Descarga do Vetedouro

939.5

940.0

940.5

941.0

941.5

942.0

942.5

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00

Vazão (m³/s)

Cot

a (m

)

3.4.3.13- Amortecimento da Onda de Cheia para Fase Final de Alteamento Conforme especificações do projeto de alteamento da Barragem Sul, na última fase do projeto a soleira do vertedouro estará na cota 957,0 metros. Considerando o exposto foram realizadas as simulações de amortecimento da onda de cheia pelo reservatório utilizando os hidrogramas de projeto referentes às vazões de PMP de 1h e 24 h de duração, a fim de verificar a sobrelevação produzida pela vazão amortecida. A simulação do trânsito da onda de cheia pelo reservatório foi realizada, valendo-se do método de Puls, incorporado ao modelo HEC-HMS (Hydrologic Modeling System). A tabela 10 – a e as figuras 6 – A e B apresentam os hidrogramas afluentes e defluentes, bem como os valores das sobrelevações do nível do reservatório, produzidos pelo trânsito das ondas de cheias escolhidas.


42

Tabela 10 – A - Amortecimento das Ondas de Cheia para QPMP

24 horas 1 hora

Tempo (h)



N.A. (m)

Tempo (min)



N.A. (m)

1 0,46 0,01 957,01 6 3,05 0,01 957,00 2 1,06 0,05 957,03 12 13,50 0,05 957,03 3 1,41 0,01 957,06 18 30,22 0,17 957,08 4 1,86 0,19 957,09 24 47,03 0,38 957,18 5 3,45 0,32 957,16 30 51,44 0,83 957,31 6 5,61 0,64 957,26 36 46,30 1,34 957,44 7 7,15 1,19 957,41 42 38,63 1,86 957,54 8 8,99 2,01 957,58 48 31,09 2,30 957,63 9 9,97 3,04 957,76 54 22,65 2,67 957,69 10 9,39 4,06 957,92 60 15,13 2,91 957,74 11 8,87 4,89 958,04 66 9,32 3,05 957,76 12 7,68 5,47 958,12 72 5,23 3,11 957,77 13 5,53 5,66 958,15 78 2,74 3,13 957,77 14 3,71 5,48 958,13 84 1,38 3,11 957,77 15 2,89 5,11 958,07 90 0,68 3,08 957,76 16 2,19 4,66 958,01 96 0,33 3,04 957,76 17 1,79 4,24 957,95 102 0,16 3,00 957,75 18 1,55 3,83 957,89 108 0,06 2,95 957,74 19 1,31 3,46 957,83 114 0,02 2,91 957,74 20 1,07 3,12 957,77 120 0,01 2,87 957,73 21 0,82 2,81 957,72 22 0,57 2,52 957,67 23 0,36 2,23 957,62 24 0,24 1,98 957,57

De acordo com os resultados apresentados pode-se verificar que, embora o pico da vazão de entrada seja maior para a chuva com 1 hora de duração, o pico da vazão de saída é maior quando se considera a vazão com 24 horas de duração, e conseqüentemente, uma maior sobre elevação do nível do reservatório é produzida, sobre elevação esta igual a 1,15 cm.


43

Figura 6 – A

Figura 6 – B

Amortecimento da Cheia de Projeto(PMP - 24 horas)

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

0 4 8 12 16 20 24

Tempo (horas)

Vaz

ão (m

³/s)

957.0

957.2

957.4

957.6

957.8

958.0

958.2

Nív

el d

'águ

a (m

)

DefluenteAfluente

Nível

Amortecimento da Cheia de Projeto(PMP - 1 hora)

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

0 20 40 60 80 100 120

Tempo (min)

Vazã

o (m

³/s)

957.0

957.1

957.2

957.3

957.4

957.5

957.6

957.7

957.8

957.9

958.0N

ível

d'á

gua

(m)

DefluenteAfluente

Nível


44

3.4.4- Dimensionamento dos Vertedores - Operacional e de Abandono 3.4.4.1– Critérios de Projeto ??Vertedor de abandono; ??Vertedor de superfície livre; ??Vazão de projeto igual a VMP ( vazão máxima de projeto) sem considerar o

amortecimento da onda de cheia no reservatório; ??VMP = 51,50 m3/s; ??Largura do vertedor = 7,50m; ??Vertedor retangular de soleira espessa; ??Calha vertedora em degraus com 4,00m de largura; ??Bacia de dissipação dimensionada para PMP;

3.4.4.2- Dimensionamento Hidráulico de Abandono

Equação utilizada Q = C x L x H3/2. Onde, - Q = vazão de projeto, m3/s; - C = coeficiente de vazão igual a 1,70; - L = largura do vertedor e igual a 7,50m; - H = altura do nível da água no emboque, metro.

Para os valores acima o nível de água H = 2,54 m. Na ocorrência da PMP borda livre =0,48m. O degrau da calha vertedor tem espelhos de 1,0m e patamar variável adaptado à declividade do terreno. A largura da calha é de 4,00 m e o nível da água foi estimado utilizando a metodologia de dimensionamento de estruturas hidráulicas em vertedores com paramento de jusante em degraus, do tipo barragem de CCR (barragem de concreto compactado). O nível da água variou entre 1,75 m e 1,93 m na calha, função da declividade. A esses valores devem ser acrescentadas as bordas livres devido ao efeito da onda. Deve se considerar que em calhas com velocidades altas a dificuldade de se determinar esses efeitos.

3.4.4.3– Sobrelevação Devido a Curva

As curvas em calhas /canais em regime supercrítico devem ser evitadas, visto que o fluxo na região é totalmente sem controle. Em razão da obra já estar em operação não se teve muita liberdade na colocação do vertedor no maciço existente. Assim neste caso não se teve outra alternativa a não ser colocar uma curva na calha vertedora.

As sobrelevações foram estimadas no presente estudo em 1,10m para a curva 1, e 0,18m para a curva 2 (trecho pronto). Estes valores devem ser acrescidos ao nível da água normal.


45

3.4.4.4– Bacia de Dissipação

Parâmetros de projeto: - Vazão de projeto VMP - QVMP = 51,5 m3/s; - Largura da bacia ( adotada) = 8,5m; - Altura do muro = 3,87m - Comprimento da bacia = 18,20m. - Vazão de projeto milenar; - Q1000 = 31,73 m3/s; - Largura = 6,00m - Altura do muro = 3,63m; - Comprimento da bacia = 16,80m

3.4.4.5– Vertedor Operacional Dimensionamento Hidráulico

Equação utilizada Q = C x L x H3/2. Onde, - Q = vazão de projeto, m3/s; - C = coeficiente de vazão igual a 1,75; - L = largura do vertedor e igual a 2,50m; - H = altura do nível da água no emboque, metro. ??Vertedor tipo torre; ??Vazão de projeto igual a VMP ( vazão máxima de projeto) amortecida; ??VMP =5,68 m3/s (amortecida); ??Largura do vertedor = 2,50m (livre–sem considerar a dimensão do pilar); ??Vertedor retangular de soleira delgada; ??Torre retangular 2,50 x 2,00 ; ??H = 1,15m.

3.5- BALANÇO HÍDRICO DO SISTEMA BARRAGEM SUL Com a finalidade de verificar a potencialidade do reservatório da Barragem Inferior, uma vez que não se espera grande reserva de água na Barragem Sul, foi feito um balanço hídrico segundo as seguintes considerações: 3.5.1– Curva Cota x Área x Volume A curva cota x área x volume da reservatório baseada nos dados de batimetria. A relação foi definida a partir de levantamento topobatimétrico executado pela CVRD e está apresentada nas


46

figuras 7 – A e B; a relação cota x área foi estimada através dos volumes para cálculo dos volumes de precipitação e evaporação.

Figura 7 – A – Curva Cota x Área – Barragem Inferior

Curva Cota x Área

868

870

872

874

876

878

880

882

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 50000

Área (m2)

Cot

a (m

)


47

Figura 7 – B – Curva Cota x Volume

3.5.2- Pluviometria e Evaporimetria Os dados pluviométricos e evaporimétricos utilizados no presente trabalho foram os normais, apresentados no trabalho denominado climatológicas, realizado pelo Departamento Nacional de Meteorologia. A estação usada como referencia foi a de Belo Horizonte. 3.5.3- Fluviometria A estação fluviométrica utilizada como referência para a transferência dos dados foi a estação Carrapato, localizada no Ribeirão Santa Bárbara, cujo código é 56640000. Na Tabela 11 está apresentado o histórico da estação e na Figura 8 o gráfico. Valores em negrito preenchidos.

Curva Cota x Volume

868

870

872

874

876

878

880

882

0 50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000

Volume (m3)

Cot

a (m

)


48

Tabela 11 – Descargas Médias Mensais da Estação Carrapato

Código: 56640000

ANO JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ MÍNIMA MÉDIA MÁXIMA1955 26,90 13,00 11,70 10,40 8,01 7,84 5,59 5,01 4,88 10,30 21,00 28,90 4,88 12,79 28,901956 15,50 6,54 13,50 5,74 5,42 6,70 4,65 4,55 4,37 3,85 23,00 58,60 3,85 12,70 58,601957 27,60 21,50 28,40 28,30 15,30 9,80 6,43 5,13 5,03 4,99 24,70 49,60 4,99 18,90 49,601958 23,40 17,50 12,70 12,90 8,71 7,09 7,63 5,73 6,35 9,14 7,56 13,20 5,73 10,99 23,401959 8,78 7,78 17,30 6,86 5,87 4,36 4,49 3,93 3,88 5,98 10,90 9,51 3,88 7,47 17,301960 29,30 20,60 21,90 7,78 7,45 6,95 6,59 5,89 5,61 5,09 11,60 30,50 5,09 13,27 30,501961 39,10 21,60 18,00 6,37 6,19 7,39 7,48 6,44 5,37 6,01 8,91 11,50 5,37 12,03 39,101962 28,00 23,40 8,16 8,13 6,42 6,12 4,81 4,89 5,15 10,40 11,90 37,60 4,81 12,92 37,601963 12,30 10,50 5,65 6,71 5,26 5,55 4,68 4,07 3,92 6,64 13,90 11,20 3,92 7,53 13,901964 61,20 44,60 12,70 11,60 5,89 6,15 7,40 4,65 4,79 13,70 16,40 33,50 4,65 18,55 61,201965 26,00 26,50 26,60 8,53 7,63 6,87 6,02 6,00 5,64 11,50 16,40 11,90 5,64 13,30 26,601966 23,40 14,50 14,10 8,48 7,91 6,65 6,25 5,36 4,97 7,85 11,90 32,20 4,97 11,96 32,201967 27,30 25,10 12,10 9,75 7,96 6,21 5,88 5,46 5,27 5,54 8,07 11,00 5,27 10,80 27,301968 8,83 13,10 14,90 9,09 6,50 5,95 5,44 5,05 5,39 9,48 11,60 14,60 5,05 9,16 14,901969 20,40 11,40 13,90 7,16 7,05 6,75 5,35 4,91 5,28 7,81 13,20 11,70 4,91 9,58 20,401970 21,60 10,40 8,19 9,69 7,97 4,84 5,76 5,01 6,66 8,00 9,08 9,98 4,84 8,93 21,601971 7,47 6,11 9,06 6,10 4,82 4,25 3,42 3,40 4,78 7,16 27,50 14,20 3,40 8,19 27,501972 8,15 11,10 14,10 8,84 5,69 4,08 4,67 3,94 4,46 5,88 13,70 25,30 3,94 9,16 25,301973 18,00 12,40 20,80 9,24 6,73 5,64 4,54 4,12 4,32 7,99 14,10 26,90 4,12 11,23 26,901974 10,50 9,22 14,50 10,00 7,56 5,56 4,08 3,73 2,96 5,63 4,50 14,60 2,96 7,74 14,601975 9,30 9,11 7,74 8,00 6,04 4,65 5,04 3,80 3,28 6,01 15,10 9,34 3,28 7,28 15,101976 6,50 8,78 7,00 6,46 4,38 3,50 4,78 3,92 7,21 11,50 19,00 18,00 3,50 8,42 19,001977 31,50 14,70 11,30 10,50 5,87 5,05 3,94 3,49 4,38 6,13 9,08 11,90 3,49 9,82 31,501978 32,60 22,20 11,30 9,67 9,98 6,66 6,22 5,17 5,28 6,44 17,30 12,40 5,17 12,10 32,601979 28,90 78,50 20,90 15,80 9,36 7,78 5,15 4,49 4,84 5,66 16,60 21,50 4,49 18,29 78,501980 36,40 16,90 7,96 13,40 5,70 4,39 3,39 2,88 2,13 2,41 12,10 30,40 2,13 11,51 36,401981 25,50 13,30 18,00 11,60 6,56 6,48 4,97 4,30 2,67 10,70 30,60 22,70 2,67 13,12 30,601982 45,30 17,40 35,00 14,30 11,00 8,92 7,67 6,43 7,09 13,90 8,88 21,60 6,43 16,46 45,301983 54,10 23,90 29,20 16,20 12,10 11,40 7,91 6,14 11,70 25,00 21,00 37,70 6,14 21,36 54,101984 10,40 7,63 14,80 9,41 5,69 4,30 3,86 6,11 5,94 6,17 12,80 28,50 3,86 9,63 28,501985 62,90 29,20 29,40 15,30 11,40 9,26 8,23 7,41 7,31 8,28 16,20 28,90 7,31 19,48 62,901986 26,40 21,00 12,90 9,22 9,67 6,39 6,29 8,03 6,62 5,19 15,30 36,00 5,19 13,58 36,001987 15,90 11,30 25,90 17,00 12,40 10,10 8,93 8,33 7,65 6,44 11,30 57,60 6,44 16,07 57,601988 18,90 31,90 16,20 16,30 9,46 7,28 6,37 5,88 5,78 7,11 10,20 41,67 5,78 14,75 41,671989 10,50 17,00 17,60 11,00 7,64 8,63 8,74 7,82 9,09 12,30 16,60 51,00 7,64 14,83 51,001990 14,40 11,60 9,97 9,24 8,27 6,44 5,47 6,47 8,15 8,15 12,60 12,30 5,47 9,42 14,401991 58,60 29,00 22,50 13,20 12,40 9,23 7,05 5,82 5,67 9,84 13,70 9,84 5,67 16,40 58,601992 52,40 45,60 17,30 11,30 12,50 10,00 10,20 10,50 11,50 9,04 33,60 38,10 9,04 21,84 52,401993 9,12 9,07 7,66 4,10 8,69 8,08 6,12 5,43 4,41 5,05 9,63 14,40 4,10 7,65 14,401994 24,70 16,50 21,60 9,05 6,03 4,43 4,14 3,81 5,27 7,70 8,48 21,50 3,81 11,10 24,701995 11,20 24,50 13,30 7,58 6,21 4,49 4,11 3,69 3,58 5,22 10,10 51,30 3,58 12,11 51,301996 19,70 13,10 9,60 8,30 6,79 5,82 5,11 4,96 5,51 8,78 27,86 29,29 4,96 12,07 29,291997 38,42 13,72 27,12 12,19 8,50 7,73 6,30 5,56 6,19 6,52 8,58 19,05 5,56 13,32 38,421998 19,43 17,97 12,34 7,96 9,05 6,63 5,09 5,37 4,21 8,81 19,44 13,63 4,21 10,83 19,441999 15,51 9,06 16,29 7,49 5,82 5,17 4,41 3,82 3,79 4,54 14,69 17,12 3,79 8,98 17,122000 26,81 21,62 18,22 9,04 6,21 5,23 4,60 4,23 5,35 3,97 16,24 17,53 3,97 11,59 26,812001 14,04 9,03 10,42 6,04 4,66 4,37 3,75 3,28 4,09 6,21 13,26 20,64 3,28 8,32 20,64

MÍNIMA 6,50 6,11 5,65 4,10 4,38 3,50 3,39 2,88 2,13 2,41 4,50 9,34 2,13MÉDIA 24,75 18,52 15,95 10,24 7,80 6,54 5,72 5,20 5,48 7,87 14,90 24,48 12,29MÁXIMA 62,90 78,50 35,00 28,30 15,30 11,40 10,20 10,50 11,70 25,00 33,60 58,60 78,50

Estação: CarrapatoCurso D'água: Ribeirão Santa Bárbara

Área de Drenagem: 420 km2


49

Figura 8 - Descargas Médias Mensais na Estação Carrapato

3.5.3.1- Transferência dos Dados de Descargas para o Local de Interesse De posse dos dados da estação de referência, do rendimento específico médio de longo termo e da área de drenagem do local do futuro empreendimento, a correlação para transferência dos dados de descarga foram feitos utilizando-se a seguinte equação:

i ii r

r r

q AQ Q

q A? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ?

onde: Qi é a vazão estimada no local do futuro empreendimento, em m3/s; qi é a vazão específica no local do futuro empreendimento, em l/s.km2; qr é a vazão específica da estação fluviométrica de referência, em l/s.km2; Ai é a área de drenagem do local do futuro empreendimento, em km2; Ar é a área de drenagem da estação fluviométrica de referência, em km2; Qr é a vazão observada na estação de referência, em m3/s.

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ

Meses

Des

carg

as M

édia

s M

ensa

is (m

3 /s)

MínimasMédiasMáximas


50

Como apresentado anteriormente, a área de drenagem da estação vale 420 km2, enquanto a área de drenagem do local de interesse vale 2,00 km2. O rendimento específico médio da estação de referência vale 29,26 l/s.km2, enquanto que o adotado para o local de interesse vale 40 l/s.km2. Através da equação mostrada anteriormente, apresenta-se na Tabela 12 e na Figura 9 a série mensal das descargas estimadas no local do empreendimento Barragem Inferior localizada no Córrego Capim Gordura.

Tabela 12 – Série de Vazões Mensais na Barragem (base de dados da Estação Carrapato)

.

Município:

ANO JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ MÍNIMA MÉDIA MÁXIMA1955 0,175 0,085 0,076 0,068 0,052 0,051 0,036 0,033 0,032 0,067 0,137 0,188 0,032 0,083 0,1881956 0,101 0,043 0,088 0,037 0,035 0,044 0,030 0,030 0,028 0,025 0,150 0,381 0,025 0,083 0,3811957 0,180 0,140 0,185 0,184 0,100 0,064 0,042 0,033 0,033 0,032 0,161 0,323 0,032 0,123 0,3231958 0,152 0,114 0,083 0,084 0,057 0,046 0,050 0,037 0,041 0,059 0,049 0,086 0,037 0,072 0,1521959 0,057 0,051 0,113 0,045 0,038 0,028 0,029 0,026 0,025 0,039 0,071 0,062 0,025 0,049 0,1131960 0,191 0,134 0,143 0,051 0,048 0,045 0,043 0,038 0,037 0,033 0,076 0,199 0,033 0,086 0,1991961 0,255 0,141 0,117 0,041 0,040 0,048 0,049 0,042 0,035 0,039 0,058 0,075 0,035 0,078 0,2551962 0,182 0,152 0,053 0,053 0,042 0,040 0,031 0,032 0,034 0,068 0,077 0,245 0,031 0,084 0,2451963 0,080 0,068 0,037 0,044 0,034 0,036 0,030 0,026 0,026 0,043 0,090 0,073 0,026 0,049 0,0901964 0,398 0,290 0,083 0,076 0,038 0,040 0,048 0,030 0,031 0,089 0,107 0,218 0,030 0,121 0,3981965 0,169 0,173 0,173 0,056 0,050 0,045 0,039 0,039 0,037 0,075 0,107 0,077 0,037 0,087 0,1731966 0,152 0,094 0,092 0,055 0,051 0,043 0,041 0,035 0,032 0,051 0,077 0,210 0,032 0,078 0,2101967 0,178 0,163 0,079 0,063 0,052 0,040 0,038 0,036 0,034 0,036 0,053 0,072 0,034 0,070 0,1781968 0,057 0,085 0,097 0,059 0,042 0,039 0,035 0,033 0,035 0,062 0,076 0,095 0,033 0,060 0,0971969 0,133 0,074 0,090 0,047 0,046 0,044 0,035 0,032 0,034 0,051 0,086 0,076 0,032 0,062 0,1331970 0,141 0,068 0,053 0,063 0,052 0,032 0,037 0,033 0,043 0,052 0,059 0,065 0,032 0,058 0,1411971 0,049 0,040 0,059 0,040 0,031 0,028 0,022 0,022 0,031 0,047 0,179 0,092 0,022 0,053 0,1791972 0,053 0,072 0,092 0,058 0,037 0,027 0,030 0,026 0,029 0,038 0,089 0,165 0,026 0,060 0,1651973 0,117 0,081 0,135 0,060 0,044 0,037 0,030 0,027 0,028 0,052 0,092 0,175 0,027 0,073 0,1751974 0,068 0,060 0,094 0,065 0,049 0,036 0,027 0,024 0,019 0,037 0,029 0,095 0,019 0,050 0,0951975 0,061 0,059 0,050 0,052 0,039 0,030 0,033 0,025 0,021 0,039 0,098 0,061 0,021 0,047 0,0981976 0,042 0,057 0,046 0,042 0,029 0,023 0,031 0,026 0,047 0,075 0,124 0,117 0,023 0,055 0,1241977 0,205 0,096 0,074 0,068 0,038 0,033 0,026 0,023 0,029 0,040 0,059 0,077 0,023 0,064 0,2051978 0,212 0,145 0,074 0,063 0,065 0,043 0,040 0,034 0,034 0,042 0,113 0,081 0,034 0,079 0,2121979 0,188 0,511 0,136 0,103 0,061 0,051 0,034 0,029 0,032 0,037 0,108 0,140 0,029 0,119 0,5111980 0,237 0,110 0,052 0,087 0,037 0,029 0,022 0,019 0,014 0,016 0,079 0,198 0,014 0,075 0,2371981 0,166 0,087 0,117 0,076 0,043 0,042 0,032 0,028 0,017 0,070 0,199 0,148 0,017 0,085 0,1991982 0,295 0,113 0,228 0,093 0,072 0,058 0,050 0,042 0,046 0,090 0,058 0,141 0,042 0,107 0,2951983 0,352 0,156 0,190 0,105 0,079 0,074 0,051 0,040 0,076 0,163 0,137 0,245 0,040 0,139 0,3521984 0,068 0,050 0,096 0,061 0,037 0,028 0,025 0,040 0,039 0,040 0,083 0,186 0,025 0,063 0,1861985 0,409 0,190 0,191 0,100 0,074 0,060 0,054 0,048 0,048 0,054 0,105 0,188 0,048 0,127 0,4091986 0,172 0,137 0,084 0,060 0,063 0,042 0,041 0,052 0,043 0,034 0,100 0,234 0,034 0,088 0,2341987 0,104 0,074 0,169 0,111 0,081 0,066 0,058 0,054 0,050 0,042 0,074 0,375 0,042 0,105 0,3751988 0,123 0,208 0,105 0,106 0,062 0,047 0,041 0,038 0,038 0,046 0,066 0,271 0,038 0,096 0,2711989 0,068 0,111 0,115 0,072 0,050 0,056 0,057 0,051 0,059 0,080 0,108 0,332 0,050 0,097 0,3321990 0,094 0,076 0,065 0,060 0,054 0,042 0,036 0,042 0,053 0,053 0,082 0,080 0,036 0,061 0,0941991 0,381 0,189 0,146 0,086 0,081 0,060 0,046 0,038 0,037 0,064 0,089 0,064 0,037 0,107 0,3811992 0,341 0,297 0,113 0,074 0,081 0,065 0,066 0,068 0,075 0,059 0,219 0,248 0,059 0,142 0,3411993 0,059 0,059 0,050 0,027 0,057 0,053 0,040 0,035 0,029 0,033 0,063 0,094 0,027 0,050 0,0941994 0,161 0,107 0,141 0,059 0,039 0,029 0,027 0,025 0,034 0,050 0,055 0,140 0,025 0,072 0,1611995 0,073 0,159 0,087 0,049 0,040 0,029 0,027 0,024 0,023 0,034 0,066 0,334 0,023 0,079 0,3341996 0,128 0,085 0,062 0,054 0,044 0,038 0,033 0,032 0,036 0,057 0,181 0,191 0,032 0,079 0,1911997 0,250 0,089 0,177 0,079 0,055 0,050 0,041 0,036 0,040 0,042 0,056 0,124 0,036 0,087 0,2501998 0,126 0,117 0,080 0,052 0,059 0,043 0,033 0,035 0,027 0,057 0,127 0,089 0,027 0,070 0,1271999 0,101 0,059 0,106 0,049 0,038 0,034 0,029 0,025 0,025 0,030 0,096 0,111 0,025 0,058 0,1112000 0,175 0,141 0,119 0,059 0,040 0,034 0,030 0,028 0,035 0,026 0,106 0,114 0,026 0,075 0,1752001 0,091 0,059 0,068 0,039 0,030 0,028 0,024 0,021 0,027 0,040 0,086 0,134 0,021 0,054 0,134

MÍNIMA 0,042 0,040 0,037 0,027 0,029 0,023 0,022 0,019 0,014 0,016 0,029 0,061 0,014MÉDIA 0,161 0,121 0,104 0,067 0,051 0,043 0,037 0,034 0,036 0,051 0,097 0,159 0,080MÁXIMA 0,409 0,511 0,228 0,184 0,100 0,074 0,066 0,068 0,076 0,163 0,219 0,381 0,511

Local: Mina Gongo SocoCurso D'água:

Área de Drenagem: 2,00 km2


51

Figura 9 – Gráfico das Vazões Mensais na Barragem

3.5.4 – Estimativa da Vazão Mínima 3.5.4.1- Estimativa da Vazão Mínima com Sete dias de Duração e Dez Anos de Recorrência Neste item será estimada a vazão mínima com sete dias de duração e dez anos de recorrência no local do futuro empreendimento. O valor encontrado será de grande importância para que seja respeitada a legislação do IGAM – Instituto Mineiro de Gestão das Águas. 3.5.4.2- Metodologia Utilizada para Definir a Vazão Captável no Local a Fio de Água A metodologia a ser utilizada no presente trabalho é a apresentada na publicação Deflúvios Superficiais no Estado de Minas Gerais – COPASA/Hidrosistemas. Através desta publicação foi determinada a vazão mínima com sete dias de duração e dez anos de tempo de recorrência (Q7,10) para o curso d’água em estudo no local de interesse. A seguir são apresentados os passos realizados. Tipologia Regional Homogênea Com as coordenadas do local do empreendimento, no mapa de tipologias regionais homogêneas. Para o presente estudo, a tipologia regional é a de número 212. A seguir, determinou-se o fator de proporção fornecido pela função de inferência regionalizada que, para a recorrência descendial e

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,400

0,450

0,500

0,550

JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ

Meses

Des

carg

as (m

3 /s)

MínimaMédiaMáxima


52

eventos mínimos, fica reduzida à seguinte forma:

FD,10 = ? ?D? ? ?? ?

onde: - ,? ? e ? são constantes que variam para cada tipologia homogênea; - D é a duração do evento.

O fator de proporção calculado é F7,10 = 0,9048. Vazão Mínima com Sete dias de Duração e Dez Anos de Tempo Recorrência (Q7,10) Para a determinação da Q7,10, no mapa de rendimentos específicos médios mensais para contribuições unitárias mínimas com 10 anos de recorrência. O valor encontrado foi RM,10 = 10 l/s.km2. Multiplicando este valor pela área de drenagem obteve-se que a QM,10 = 20,0 l/s. Para transformar a vazão QM,10 (vazão mensal com recorrência de 10 anos) em Q7,10, multiplicou-se a primeira pelo fator de proporção apresentado anteriormente. Assim, Q7,10 = 18,10 l/s. Resumo do Estudo Hidrológico No Tabela 8.3 se encontra o resumo de todo o estudo

Tabela 13 - Resumo do Estudo Fluviométrico

Tipologia Regional Homogênea F7,10

QMTL* (m3/s)

Q7,10 (m3/s)

30% Q7,10 (m3/s)

Qcaptável (m3/s) fio d´água

Demanda (m3/s)

212 0,9048 0,080 0,018 0,005 0,005

0,111

* Este valor foi obtido na Tabela 2. 3.5.5- Demanda de Água do Empreendimento O valor da demanda de água nova (bruta) informada pela CVRD é de 400 m3/h e a demanda total 1250 m3/h, sendo que parte é atendida pelas águas de recirculação. 3.5.6– Água de Recirculação Foram adotados na simulação os seguintes valores de volume de água do processo que retorna ao reservatório. Qrec. = 850 m3/h (fornecida pela CVRD); Qrec. = 632 m3/h (relatório Pimenta de Ávila – água liberada pelo rejeito);


53

3.5.7– Simulações do Balanço Para a execução das simulações foi considerado o sistema funcionando 24 horas durante todo o mês. Foram feitas três simulações distintas, considerando as seguintes condições: a) Simulação 1 – (arquivo SIM4001) – Demanda – 400 m3/h – Afluência – só a natural

b) Simulação 2 – (arquivo SIM4002) – Demanda – 1.250 m3/h – Afluência – natural + 90 m3/h ( água de rebaixamento) + 300 m3/h (captação) + 460 m3/h de

água de recirculação c) Simulação 3 – (arquivo SIM4003) – Demanda – 1.250 m3/h – Afluência – natural + 632 m3/h de água de recirculação ( água recuperada do rejeito)

A seguir apresenta-se um resumo do balanço com os dados de entrada e resultados alcançados.


54

SIMULAÇÃO 1

ANÁLISE DE REGULARIZAÇÃO - SIMULAÇÃO DO PERÍODO HISTÓRICO - D=400m3/h

BARRAGEM: Gongo Soco QMLT 0,08 (m³/s) AD= 2,00 km² NOME DO RIO:ANO INICIAL: 1955 111,11 (l/s)ANO FINAL: 2001Q7,10 = 0,0180 (m³/s) 18,00 (l/s)H inicial de simulação = 877,00 (m) 5,00 (m)H máx.norm reserv. = 877,00 (m) 132.360 (m³)H mín.norm reserv. = 872,00 (m)

V inicial de simul. reserv. = 153.282,71 (m³)V máx.norm reserv. = 153.282,71 (m³) 33.442 (m2)

V mín.norm reserv. = 20.922,45 (m³) 15.366 (m2)

Relação Cota x Volume: V = a * ( N.A ) ** c Mês Vazão Necessária Evaporação Vazão PrecipitaçãoNormais BH Regularizada Normais BH

a= 5,26E+03 (m³/s) (mm) (m³/s) (mm)b= -869,75c= 1,702 Jan 0,1111 86,7 0,1291 296,3

Para H = 872,00 877,00 Fev 0,1111 84,7 0,1291 188,4Volume = 20.922 153.283 Mar 0,1111 95,3 0,1291 163,5

Abr 0,1111 92,4 0,1291 61,2Mai 0,1111 92,8 0,1291 27,8

Relação Cota x Área: A = a * ( N.A. ) ** c Jun 0,1111 92,4 0,1291 14,1Jul 0,1111 105,7 0,1291 15,7

a= 8,96E+03 Ago 0,1111 132,1 0,1291 13,7b= -869,75 Set 0,1111 137,2 0,1291 40,5c= 0,665 Out 0,1111 117,7 0,1291 123,1

Para H = 872,00 877,00 Nov 0,1111 96,3 0,1291 227,6Área = 15.366 33.442 Dez 0,1111 84,1 0,1291 319,4

0,53%77,84%

Obs.: Não atendimento significa não atendimento da totalidade do valor. A vazão Ecológica tem preferência de atendimento.

Média Mínima Máxima0,70 0,00 1,19 (l/s)0,009 0,000 0,383 (m3/s)

17,99 14,17 18,00 (l/s)53,76 0,00 111,11 (l/s)

0,080 0,014 0,511 (m3/s)0,081 0,014 0,512 (m3/s)

872,87 872,00 877,00 (m)

Vazão Nec. =

Vazão Ecológica =Depleção =

Vol. útil Total =

Vazão Captada =

Vazão Afluente =Vazão Defluente =

NA do Reservatório =

Vazão Evaporada =Vazão Vertida =

Vazão Ecológica =

A máx.norm reserv. =A mín.norm reserv. =

Valores Médios:

Porcentagem de Não Atendimento:

Pvazão Ecológica (%) =Pvazão Captada (%) =


55

SIMULAÇÃO 2

ANÁLISE DE REGULARIZAÇÃO - SIMULAÇÃO DO PERÍODO HISTÓRICO (1956 - 2001) D=400m3/h


V inicial de simul. reserv. = 153.282,71 (m³)V máx.norm reserv. = 153.282,71 (m³) 33.442 (m2)

V mín.norm reserv. = 20.922,45 (m³) 15.366 (m2)




Abr 0,3472 92,4 0,3652 61,2Mai 0,3472 92,8 0,3652 27,8


a= 8,96E+03 Ago 0,3472 132,1 0,3652 13,7b= -869,75 Set 0,3472 137,2 0,3652 40,5c= 0,665 Out 0,3472 117,7 0,3652 123,1


0,00%67,91%


Média Mínima Máxima0,75 0,00 1,24 (l/s)

0,013 0,000 0,408 (m3/s)

18,00 18,00 18,00 (l/s)310,69 257,28 347,22 (l/s)

0,341 0,275 0,772 (m3/s)0,342 0,275 0,774 (m3/s)

873,24 872,00 877,00 (m)


Vazão Ecológica =


Valores Médios:



Vazão Captada =



Vazão Nec. =


Vol. útil Total =


56

SIMULAÇÃO 3

Conclui-se que nas condições da simulação o reservatório da barragem inferior existente não atende a demanda do empreendimento prevista para esta captação de 400 m3/h, com falhas de atendimento superior a 50% em média. Teoricamente o manancial em estudo consegue regularizar no máximo 80 l/s, ou seja, 100% da vazão média de longo termo, vazão esta inferior que a demanda simulada. Contudo existe uma disponibilidade hídrica outorgada de 600 m3/h proveniente do bombeamento dos poços tubulares profundos da cava da Mina de Gongo Soco. 3.5.8– Sistema de Drenagem Superficial O sistema de drenagem superficial da barragem e do talude de corte do extravasor de abandono foi dimensionado para comportar o escoamento superficial resultante de chuvas intensas de curta duração.

ANÁLISE DE REGULARIZAÇÃO - SIMULAÇÃO DO PERÍODO HISTÓRICO (1956 - 2001) D=400m3/h


V inicial de simul. reserv. = 153.282,71 (m³)V máx.norm reserv. = 153.282,71 (m³) 33.442 (m2)V mín.norm reserv. = 20.922,45 (m³) 15.366 (m2)




Abr 0,3472 92,4 0,3652 61,2Mai 0,3472 92,8 0,3652 27,8


a= 8,96E+03 Ago 0,3472 132,1 0,3652 13,7b= -869,75 Set 0,3472 137,2 0,3652 40,5c= 0,665 Out 0,3472 117,7 0,3652 123,1


0,00%91,84%


Média Mínima Máxima0,63 0,00 1,19 (l/s)

0,003 0,000 0,267 (m3/s)

18,00 18,00 18,00 (l/s)234,93 171,72 347,22 (l/s)

0,256 0,189 0,687 (m3/s)0,256 0,190 0,633 (m3/s)

872,31 872,00 877,00 (m)

Vazão Nec. =


Vol. útil Total =

Vazão Captada =




Vazão Ecológica =


Valores Médios:




57

Foi considerada uma precipitação de 5 minutos e 25 anos de período de retorno, com intensidade de 224,4 mm/h. As vazões de contribuição foram calculadas pelo Método Racional, supondo um coeficiente de escoamento superficial C=0,50. A concepção do sistema de drenagem foi baseada na implantação de canaletas em meia cana de concreto pré – moldado ao longo das bermas e periféricas. Nos pontos de junção ou de mudança de direção, foram previstas caixas de passagem ou de derivação, em concreto simples (fck = 20 Mpa). 3.6- Investigações e Ensaios Geológico-Geotécnicos As investigações complementares para os estudos do projeto executivo se constituíram basicamente na execução de cinco sondagens mistas, quatro CPTUs e dois poços de inspeção para a fundação da barragem , ombreiras e praia de rejeitos. Assim, foram executadas três sondagens nas ombreiras (SM-01,04, 05 e dois poços de Inspeção PI-01 e PI-02) e duas sondagens mistas e dois CPTUs na barragem e rejeitos (SM-02, 03 e CPTU 1,2,3 e P1), sendo executados ensaios de infiltração constante, para a estimativa da permeabilidade do terreno. As investigações foram complementadas por mapeamento geológico–geotécnico de superfície, para a verificação das unidades geológico-geotécnicas e deteção de possíveis feições condicionadoras de percolação ou de instabilidade na fundação. Não foram estudadas áreas de empréstimo, em decorrência dos materiais serem provenientes da cava de Gongo Soco (itabiritos), sendo considerado como válidos os resultados utilizados anteriormente para o projeto de alteamento da barragem do Canta Galo para a El. 942. 3.6.1- Fundação nas Ombreiras - Terreno Natural O reconhecimento geológico–geotécnico de superfície e as sondagens mistas SM-001; 003 e poço de inspeção PI-01 evidenciaram que há uma camada superficial de solo coluvionar argiloso na ombreira esquerda, de cor marrom avermelhado, capeando a área numa espessura entre 1,0 m e 3,80 m, com “SPT” variando entre 4 a 15 golpes. Na ombreira direita as sondagens mistas SM-004; 005 e Poço PI-02 apresentaram presença de rolado laterítico muito resistente marrom avermelhado, com “SPT” variando de 8 a 18 golpes perfazendo algumas dezenas de metros. Na ombreira esquerda abaixo da camada coluvionar há um horizonte imediato de solo quartzo-ferruginoso, com SPT variando entre 7golpes a impenetrável. Para os horizontes inferiores, o solo ferruginoso é duro, com SPT entre 19 golpes a impenetrável, gradando para rocha extremamente alterada, ao atingir resistência acima de 30 golpes. O nível de água na ombreira direita foi interceptado pela sondagem SM-004 a 6,70m, já na sondagem SM-005 o nível de água não foi encontrado até a profundidade final de 20,45m, tendo sido considerado que o maciço está seco até a profundidade de investigação de 20,45 m no local da SM-005.


58

Na ombreira esquerda o nível de água foi interceptado a 6,33m no furo SM-003, junto à barragem atual El. 938, já o furo SM-001 na El. 949,10m para os futuros alteamentos o nível de água não foi interceptado até a profundidade investigada de 10,12 m. Por ocasião dos trabalhos, o rejeito estava emerso na ombreira direita estando na El. ~ 934,30. Na ombreira esquerda o rejeito estava na El. 935,10, e o nível de água do lago posicionava-se ao redor da El. ~934,50. A boca do furo SM-001 está na El. 949,10 bem acima do atual reservatório, e a do furo SM-003 está na El. 938,15. Os ensaios de infiltração indicaram que o horizonte de solo ferruginoso na ombreira esquerda, não saturado, apresenta coeficiente de permeabilidade variando de 2,4 x 10–6 cm/s a 6,6 x 10–6 cm/s. Os ensaios de infiltração indicaram que o horizonte de solo detrítico terciário na ombreira direita, não saturado, apresentam coeficiente de permeabilidade variando de 1,3 x 10–4 cm/s a 6,5 x 10–5

cm/s. Cortes de escavação próximo ao local da SM-003, indicaram que o solo residual passa bruscamente para o horizonte inferior, constituído por quartzito alterado, com bandamento preservado, com direção oblíqua ao eixo da barragem. O trabalho não evidenciou quaisquer feições de instabilidade no terreno natural das ombreiras. Até o presente nível de conhecimento do maciço não foram detectadas estruturas geológicas indicativas de caminhos preferenciais de percolação intensa. 3.6.2- Fundação - Praia de Rejeitos A análise de mapas topográficos anteriores à ocupação da bacia indicou que, no local de implantação dos alteamentos da Barragem Sul, o rejeito sedimentado apresenta espessura superior a 38 metros. As sondagens mistas e rotativas SM-002 e SR-01 a 03 executadas na região da barragem atual indicou que o rejeito é constituído por uma areia fina fofa, com SPT ao redor de 2 golpes, no início do furo, variando de 6 a 9 golpes em profundidade. Como o nível de água foi encontrado a pouca profundidade (1,5 m) abaixo da boca do furo situada na El. 935,20, foi considerado que o rejeito está saturado a partir desta cota, apesar do nível do lago estar na EL 934,60m. O ensaio de infiltração constante indicou um coeficiente de permeabilidade da ordem de 4,04 x 10 – 4 cm / s. Sondagens anteriores atingiram o substrato dos rejeitos no local da barragem a cerca de 38 metros de profundidade. O nível de água foi detectado próximo a El. 918,00m. Essas sondagens evidenciaram um perfil similar ao da sondagem atual (SM-002), constituído por areia fina. Nos primeiros 10 metros o “SPT médio é de 3 golpes, passando de 3 a 9 golpes desse trecho até ao contato com o terreno natural, situado a uns 38 metros de profundidade, passando


59

de 3 a 9 golpes desse trecho até ao contato com o terreno natural, situado a uns 38 metros de profundidade. 3.6.3- Ensaios Geotécnicos - Ombreiras Nas amostras indeformadas coletadas nas ombreiras da barragem a partir de poços de inspeção foram executados ensaios geotécnicos de caracterização completa e triaxiais em laboratório. A seguir será apresentado o resumo dos ensaios.

TABELA 14: Solos - Ombreiras Limites de

consistência

Compactaç. ??s

Granulometria ( % ) hna

t

K20

Material LL (%)

LP (%)

IP (%)

hót (%)

? smáx (g/

cm³)

Argila Silte Areia Fina

Areia Média

Areia Grossa

Ped.

(%) cm/s

Solo Coluvionar

35,8 24,2 11,6 30,9 1,46 2,78 29,8 22 32,7 10,8 2,2 2,4 33,4 1,97 x 10-7

Solo Dep. Terciáriol

38,2 26,8 11,4 29,7 1,69 2,88 47,7 11,1 10,9 7,6 13,8 8,96 51,7 1,52 x 10-6

TABELA 15: Resistência – Solo Compactado a 95% “Proctor Normal”

Ensaio Triaxial CUsat Tensões Totais para ? ? 150

(KN/m²) Tensões Totais para ? ? 150

(KN/m²) Tensões Efetivas

C (KN/m²)

Âng. de Atrito ? (°)

C (KN/m²)

Âng. de Atrito ? (°)

C’ (KN/m²)

Âng. de Atrito ? ‘ (°)

63 10 75 7,5 33 27 3.6.4- Ensaios Geotécnicos - Praia de Rejeitos Para a obtenção de parâmetros geotécnicos para o projeto, foram executados ensaios “in situ” e coleta de amostras representativas da praia e da lama presente sobre a praia de rejeitos. Os ensaios “in situ” foram executados e retirados dos pontos indicados no desenho BARSUP-003, para a estimativa da densidade “in Situ” e Teor de Umidade Natural. Nas amostras coletadas na praia de rejeitos foram executados ensaios geotécnicos de caracterização completa e triaxiais em laboratório, das amostras foram coletadas:


60

? ? Amostras representativas dos rejeitos da praia emersa. ? ? Amostra da lama existente na praia de rejeitos. Os ensaios geotécnicos de campo e de laboratório foram executados pela empresa GEOLABOR. A tabela a seguir sintetiza a média dos resultados obtidos nos ensaios de campo e de caracterização executados em laboratório.

Tabela 16: Resumo - Lama

Granulometria ( % ) ? ?nat??(in situ) KN / m3

h nat %

? ?s KN/ m3

? ?KN / m3?

?max ?min ? ??(in situ) Argila Silte Areia

Fina Areia Média

Areia Grossa

20,42 17,90 1.93 28,12 1,02 0,492 0,910

21,50 57,5 20,90 0,10 -

Tabela 17: Resumo - Rejeitos

Granulometria ( % ) ? ?nat??

(in situ) KN / m3

h nat %

? ?s KN/ m3

? ?KN / m3?

?max ?min ? ??(in situ) Argila Silte Areia

Fina Areia Média

Areia Grossa

19,40 22,44 1.68 30,13 1,25 0,512 0,430 3,20 9,40 87,10 0,20 - ?? ?nat???Peso Específico na Condição Natural Úmida do Rejeito Sedimentado na Praia ? ?s? : Peso Específico Seco do Rejeito ? : Peso Específico dos Grãos do Rejeito ?max ; ?min : ìndice de Vazios Máximo e Mínimo

Tabela 18: Rejeito da Praia Ensaio triaxial UUsat Ensaio triaxial Cusat

Tensões Totai

s

Tensões Efetivas Tensões Totais Tensões Efetivas para ? ? 150

KN/m²

Tensões Efetivas para ? ? 150 KN/m²

Coesão C

(KN/m²)

Ângulo de Atrito

? (°)

Coesão C’

(KN/m²)

Ângulo de Atrito

? ‘ (°)

Coesão C

(KN/m²)

Ângulo de Atrito ?

(°)

Coesão C’

(KN/m²)

Ângulo de Atrito

? ‘ (°)

Coesão C’

(KN/m²)

Ângulo de Atrito ? ‘

(°)

70 20,0 50 26,5 8 38,0 30 34,5 0,0 39,0 Os ensaios para a determinação de densidade “in situ” indicaram valores aleatórios ? ?nat?? ?? ? ? ?? ?? ?? ? ? . Foi admitido que estes valores decorrem de flutuação e pouco adensamento hidráulico por rebaixamento superficial da água da polpa, após o período de decantação por longo tempo os valores tenderiam a melhorar, como o rejeito estava emerso há pouco tempo (cerca de 2 meses) isto somente


61

afetou o horizonte superior da praia, onde os ensaios “in situ” foram executados. Para a situação em escopo, não vemos esta situação em decorrência do processo e operação de lançamento de rejeito. Recomenda-se um maior tempo para deságüe e conseqüente tempo de exposição da praia, mesmo em se considerar situações mais conservadoras. Com isso, foi considerado que o ? ?nat?? ?? ? ? não representa as condições do rejeito e principalmente se situado um pouco mais profundo na praia onde, provavelmente, haverá a mobilização da resistência ao cisalhamento, que controla a estabilidade da barragem. Assim, os corpos de prova dos ensaios triaxiais foram moldados para um análise das várias situações considerando ? ?nat?? ?? ? ? ??? ?nat?? ?? ? ? ??? ?nat?? ?? ? ? ?? ?? ?nat?? ?? ? ? , que se julgou mais adequado para representar as possíveis condições do rejeito arenoso fino, mal graduado das futuras praias. Os ensaios triaxiais do tipo CU (Consolidated Undrained) ou Rápido Pré - Adensado, com medidas de pressão neutra, foram executados na condição saturada. Depois de adensado, os corpos de prova serão saturados por contra pressão, aplicada em estágios de 50 KPa (0,50 Kgf/cm2). Os ensaios triaxiais executados, indicaram uma envoltória de resistência efetiva dada por : ? ?= ? ?tg 30º. Os ensaios de permeabilidade à carga constante, executados em corpos de prova moldados nas condições natural indicaram : K 20 = 4,42 x 10 – 4 cm / s. Este valor é similar ao que foi detectado em ensaios de infiltração “in situ” (4,04x10–4

cm/s), mas ao se considerar a presença da lama decantada presente nos rejeitos estes valores podem apresentar permeabilidade variando de (2,04x10–4 a 5,04x10–5 m/s). Os ensaios do tipo PN, para estimar o desenvolvimento de pressões neutras em função da tensão principal ? 1 , foram desenvolvidos no âmbito do projeto anterior. Quanto à necessidade de se efetuar novos ensaios a CVRD solicitou que os mesmos fossem indicados em projeto a serem feitos durante a operação de alteamento da barragem nas novas praias a serem formadas.

As relações ? 1/? 3 adotadas foram de: 1.6; 1.8; 2.0 e 2.2g/cm3. As tensões ? 3 foram, respectivamente: 1,0 ; 3,0 e 6,0 kgf/cm². O resumo desses ensaios é: ? ? Para índice de vazios de 0,43 o comportamento é dilatante para qualquer

valor de ? 3 utilizado, com desenvolvimento de poro pressões negativas ou nulas.

? ? Para índice de vazios de 0,91, o comportamento é de significativa tendência a redução de volume com elevadas poro pressões para qualquer valor de ? 3.


62

As amostras retiradas da superfície da praia da Barragem Sul, existe um potencial de liquefação. Para isto foi projetada uma drenagem interna competente evitando-se a saturação dos rejeitos junto aos diques de alteamentos. Das investigações com cone de penetração (CPTU) foram retirados os seguintes valores médios a seguir: ? ? Resistência de Ponta – Corrigida = 18 Mpa (baixa) ? ? Atrito Lateral = 130 Kpa (alta) ? ? Poro - Pressão = 12 Kpa (média) ? ? Razão de Atrito = 3% (média passando a alta) ? ? Dissipação Poro - Pressão = 110 seg (Ch(m2/ano) (alta) 3.6.5- Considerações e Conclusões Da análise dos dados constata-se que a resistência dos rejeitos encontrada na penetração do cone TG-73-200 é similar ao verificado nos ensaios “SPT- Standard Penetration Test”, efetuados em furos de sondagens mistas próximos ao local, os valores foram baixos, próximos de 20 Mpa . Da análise da dissipação de poro–pressão, verifica-se que o material (rejeito), apresenta dissipação quase que imediata, em todos os ensaios efetuados, mesmo nos locais onde ocorre o confinamento da camada de rejeito. São encontrados rejeitos com variadas características geotécnicas, físico-químicas e mineralógicas, isto em função do tipo de minério processado e dos tratamentos adotados. Como já é sabido o comportamento geotécnico dos rejeitos está diretamente relacionado às suas características físicas e químicas, associadas a natureza química do fluido de transporte e seu lançamento no reservatório. Esses fatores se constituem em elementos primários que governam o projeto, assim, a operação de lançamento de rejeitos influenciará diretamente os parâmetros geotécnicos e as análises efetuadas. As características dos rejeitos lançados, em decorrência de variáveis a cada época de lançamento. Devem ser verificadas nas futuras praias a serem formadas durante a operação do sistema e são basicamente: ? ? Tipo da mineralogia; ? ? Massa específica “in situ” associada com características de consolidação e deformação; ? ? Massa específica dos grãos; ? ? Resistência ao cisalhamento drenado e não drenado; ? ? Susceptibilidade a liquefação; ? ? Permeabilidade; ? ? Composição química e mineralógica dos líquidos constituintes da polpa com identificação de

possíveis ácidos, metais pesados ou materiais tóxicos;


63

? ? Concentração e velocidade de transporte da polpa. 3.7- Drenagem Interna 3.7.1- Filtros e Tapetes Drenantes Para a camada de areia do filtro vertical e do tapete da drenagem interna da barragem, foi concebido utilizar areia média a grossa. Este material será adquirido em jazidas comerciais da região de Barão de Cocais. ? ? Granulometria por peneiramento/sedimentação:

- Pedregulho : <1 % - Areia Grossa : 34 % - Areia Média : 60% - Areia Fina : <4 % - Silte : <1%

? ? D15 = 0,30 mm ; D85 = 3,50 mm ? ? Peso Específico dos Grãos : 38,07 KN / m 3 ? ? Permeabilidade a carga constante : K 20 = 4,12 x 10 – 1 cm / s

OBS.: Ensaios ‘in situ’ indicam K ~1,0 x 10 -1 cm / s

A camada da mistura de Brita 1 e de Brita 2 a ser utilizada no tapete drenante deverá atender a seguinte faixa granulométrica;

• BRITA 1 (50%) = (4,76mm<Ø<12,7mm)

• BRITA 2 (50%) = (12,7mm<Ø<25,4mm)

Tendo esta mistura uma permeabilidade próxima a 10 cm/s, ou seja, 10-1 m/s. 3.7.2- Itabirito – Base de Partida e Maciço da Barragem O itabirito que será utilizado na base de partida compreende a parcela pobre da Formação Ferrífera, considerada estéril na mina, sendo constituído por um solo arenoso mal graduado. Este será lançado e compactado pelo próprio tráfego dos equipamentos na base de partida e a 95% do proctor normal no corpo da Barragem. A CVRD executou ensaios ‘in situ’ no itabirito em obras anteriores como aterros de proteção e bases de partida, construídos segundo os procedimentos executivos que serão adotados na Barragem Sul. Os ensaios de infiltração ‘in situ’ indicaram que o coeficiente de permeabilidade (K) variava entre 3,20 x 10-4 cm/s a 4,40 x 10-4 cm/s, sendo adotado nos cálculos o valor de 3,80 x 10-

4 cm/s.


64

O itabirito utilizado na construção da barragem será o mesmo descrito anteriormente, porém, será selecionado com mais rigor e como já dito será compactado a 95% do Proctor Normal. Não foram executados ensaios específicos, sendo admitidos como válidos os ensaios realizados anteriormente e incorporados aos estudos de projeto para utilização do itabirito como aterro constituinte do maciço da barragem. O resumo destes ensaios será descrito abaixo. Segundo as curvas granulométricas obtidas, o solo apresenta a seguinte estrutura: ? ? D15 = 0,038 mm ; D85 = 12,45 mm A tabela a seguir apresenta o resumo dos resultados obtidos nos ensaios.

TABELA 19 – Resultados dos Ensaios - Itabirito

Granulometria ( % ) ? ?s max

KN / m3

? ?s min

KN/ m3

? ?KN / m3?

?max ?min K Cm / s Argila Silte Areia

Fina Areia Média

Areia Grossa e Pedregulho

18,53 22,82 34,03 0,672 0,567 1,10x10 - 4 1,30 29 28,1 4 37,6 ?? ?s max???Peso Específico Seco Máximo ? ?s max???Peso Específico Seco Mínimo ? : Peso Específico dos Grãos ?max ; ?max : Índice de Vazios Máximo e Mínimo

K : Coeficiente de Permeabilidade 3.8- Análises de Percolação As análises de percolação foram elaboradas com o objetivo de obter a rede de fluxo para as análises de estabilidade, vazões de percolação, para o dimensionamento da drenagem interna da Barragem Sul e determinação de pontos críticos pelos resultados das poro-pressões, velocidades e gradientes. Foram analisadas as seções representativas do final de construção de cada alteamento, adotando-se sempre a elevação do N.A. segundo a P.M.P. e também foi estudada uma seção típica contemplando os 4 novos alteamentos, o pé da barragem SUL SUPERIOR (EL.~885,00) e o reservatório da barragem SUL INFERIOR (EL.876,00), conforme a seguir. • 1°Alteamento – Crista EL.945,00 – N.A.~942,30m (Montante) • 2°Alteamento – Crista EL.950,00 – N.A.~946,00m (Montante) • 3°Alteamento – Crista EL.955,00 – N.A.~951,00m (Montante) • 4°Alteamento – Crista EL.960,00 – N.A.~959,00m (Montante) • Seção Geral – Crista EL.960,00 – N.A.~959,00m/876,00 (Montante/Jusante) As análises foram realizadas utilizando-se o software SEEP/W da família do OFFICE 5.11 da empresa canadense GEO-SLOPE International Ltda. O SEEP/W é um software de elementos


65

finitos que permite a estimativa da linha de fluxo e das vazões percoladas através da fundação e do maciço da barragem. 3.8.1- Parâmetros Hidrogeotécnicos Os parâmetros utilizados nas análises foram baseados nos dados obtidos nos ensaios “in situ” de investigação e piezômetros existentes e nos dados dos ensaios de laboratório. A tabela a seguir apresenta os parâmetros utilizados.

TABELA 20: Parâmetros Hidrogeotécnicos – Análises de Percolação

SOLO COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE ( K ) Nº DENOMINAÇÃO cm / s m / s 1 Rejeito – Fundação 4,5 x 10 –4 4,5 x 10 –6

2 Base de Partida – Itabirito 3,8 x 10 –4 3,8 x 10 –6 3 Maciço – Itabirito (95% PN) 1,10 x 10 –4 1,10 x 10 –6 4 Depósito Terciário 9,0 x 10 –5 9,0 x 10 –7 5 Dolomito 5,0 x 10 –5 5,0 x 10 –7

6 Ferro Manganesífero 6,0 x 10 –5 6,0 x 10 –7 7 Rocha Metamáfica 1,0 x 10 –6 1,0 x 10 –8 8 Fiitos e Quartzo-Filitos 2,0 x 10 –6 2,0 x 10 –8 9 Aterro Indiferenciado 1,0 x 10 –4 1,0 x 10 –6 10 Areia média a grossa 4,22 x 10 –1 4,22 x 10 –3 11 Brita 1 e 2 1 x 10 1 x 10 –1

3.8.2- Análises Efetuadas Foram adotadas as seções típicas que passam pela porção mais elevada da barragem, sendo elaboradas as malhas de elementos finitos que estão apresentadas em anexo, o modelo geomecânico das seções segue as nomenclaturas e parâmetros da tabela acima. Nas análises executadas foi considerado a seguinte condição : ? ? regime permanente, com nível de água à montante prevendo-se a P.M.P., conforme descrito

anteriormente. Os resultados das análises de percolação executadas constam nas figuras de 1 a 13 no anexo 1.

3.9- Análises de Estabilidade As análises de estabilidade foram executadas com o objetivo de definir a geometria da barragem na conformação final, de forma a atender às condições de segurança exigidas em projetos dessa natureza.


66

Foram analisadas as seções de máxima solicitação em cada alteamento e em seção geral, estas são correspondentes à seção central da barragem sobre a praia de rejeito, incorporando em todas as seções a rede de fluxo obtida nas análises de percolação. 3.9.1- Metodologia de Análise As análises foram realizadas utilizando-se o software SLOPE/W da família do OFFICE 5.11 da empresa canadense GEO-SLOPE International Ltda. O SLOPE/W é um software que utiliza a teoria do equilíbrio limite para o cálculo de fator de segurança em taludes de solo e/ou rocha. Foram pesquisadas superfícies circulares de ruptura adotando-se o método de Bishop, que admite o equilíbrio de momentos em relação ao centro do círculo. 3.9.2- Parâmetros Geotécnicos Para os solos de Itabirito constituintes do aterro da barragem(95%PN) e da base de partida, para o rejeito sedimentado na praia e da fundação das ombreiras, foram adotados parâmetros geotécnicos a partir dos ensaios de laboratório, conforme indicados no Volume 7 de ensaios e investigações. Os demais materiais tiveram seus parâmetros estimados conforme materiais similares. Para o rejeito sedimentado na praia, foi adotado um coeficiente de excesso de poro pressão a ser somada à pressão piezômétrica (B = 0,12) determinado em ensaios, sempre quando do final de construção de cada alteamento. A tabela a seguir apresenta os parâmetros geotécnicos adotados.

Tabela 21: Parâmetros Adotados

RESISTÊNCIA CISALHAMENTO

MATERIAIS

? (KN/m³)

Kpa ? ‘ (°)

B

Rejeito – Fundação - Praia 16,00 1,40 30,0 0,12

Itabirito – (Base de Partida) 18,50 0,00 24,0 -

Itabirito Compactado (95% PN) 22,82 2,00 35,0 -

Depósito Terciário 15,56 18,70 31,4 -

Dolomitos Ferruginosos 18,50 5,00 28,0 -

Formação Ferro-Manganesífera 18,00 20,00 28,0 -

Rocha Metamáfica 19,70 20,00 35,0 -

Filitos e Quartzo-Filitos 14,69 25,60 30,6 -


67

Aterro Indiferenciado 18,50 5,00 17,0 - 3.9.3- Análises Efetuadas – Condições Adotadas As análises foram desenvolvidas considerando as seguintes condições: a) Barragem Existente e Alteamento El. 960,00m sem berma de 40,00m ? ? Regime Permanente (Abandono): Barragem acabada com a crista na E.960,00m, com rejeito e

nível de água à montante na EL.~959,00m, rejeito a jusante do alteamento na EL.~940,00m e nível d’água a jusante da barragem existente na EL.876,00m, considerando dissipação total do excesso de poro pressão (B = 0) na fundação em rejeito saturado.

b) Barragem Existente e Alteamento El.960,00m prevendo uma berma de 40,00m ? ? Regime Permanente (Abandono): Barragem acabada com a crista na EL.960,00m, com rejeito

e nível de água a montante na EL.~959,00m, rejeito a jusante do alteamento na EL.~940,00m e nível d’água a jusante da barragem existente na EL.876,00m, considerando dissipação total do excesso de poro pressão (B = 0) na fundação em rejeito saturado.

1°ALTEAMENTO EL.945,00m ? ? Final de Construção : Barragem acabada com a crista na EL 945,00m, com rejeito na

EL~940,00m e nível de água na EL~942,50m a montante e rejeito a jusante na EL.~940,00m, considerando o desenvolvimento de excesso de poro pressão, decorrente do carregamento vertical imposto pelo alteamento da barragem sobre o rejeito saturado da fundação (B=0,12).

2°ALTEAMENTO EL.950,00m

? ? Final de Construção : Barragem acabada com a crista na EL 950,00m, com rejeito na

EL.~943,50 e nível de água na EL~946,00m a montante e rejeito a jusante na EL.~940,00m, considerando o desenvolvimento de excesso de poro pressão, decorrente do carregamento vertical imposto pelo alteamento da barragem sobre o rejeito saturado da fundação (B=0,12).



EL~957,50m e nível de água na EL~951,00m a montante e rejeito a jusante na EL.~940,00m, considerando o desenvolvimento de excesso de poro pressão, decorrente do carregamento vertical imposto pelo alteamento da barragem sobre o rejeito saturado da fundação (B=0,12).



EL.~953,50m e nível de água na EL~956,00m a montante e rejeito a jusante na EL.~940,00m,


68

considerando o desenvolvimento de excesso de poro pressão, decorrente do carregamento vertical imposto pelo alteamento da barragem sobre o rejeito saturado da fundação (B=0,12).

? ? Regime Permanente (Abandono): Barragem acabada com a crista na EL.960,00m, com rejeito

e nível de água na EL~959,00m a montante e rejeito a jusante na EL.~940,00m, considerando dissipação total do excesso de poro pressão (B = 0) na fundação em rejeito saturado.

Para a definição da geometria estável, foram admitidos os seguintes Fatores de Segurança: ? ? FS = 1,30: para a situação de Final de Construção ; e ? ? FS = 1,50: para Regime Permanente. 3.9.4- Resultados Obtidos Os resultados das análises de estabilidade estão consolidados nas figuras de 1 a 9 no anexo 2. A tabela a seguir apresenta os resultados das análises de estabilidade desenvolvidas

Tabela 22: Resultados das Análises de Estabilidade

CONDIÇÕES TALUDE F. S. FIGURA Seção Geral – Sem Berma de 40,00m (PERMANENTE) Jusante 1,195 1

Seção Geral – Com Berma de 40,00m (PERMANENTE) Jusante Sup. >2,00 2

Seção Geral – Com Berma de 40,00m (PERMANENTE) Jusante Inf. 1,512 3

1°Alteamento EL.945,00 (FINAL DE CONSTRUÇÃO) Jusante 1,746 4



4°Alteamento EL.960,00 (FINAL DE CONSTRUÇÃO) Jusante >2,00 7

4°Alteamento EL.960,00 (FINAL DE CONSTRUÇÃO) Montante 1,523 8

4°Alteamento EL.960,00 (PERMANENTE) Jusante >2,00 9 3.9.5- Conclusões Em todas as análises realizadas em que é contemplada uma berma de 40,00m os resultados obtidos nas condições analisadas indicaram que a estrutura da Barragem, na fase construtiva e no regime permanente de operação, apresenta condições adequadas de estabilidade, por terem sido obtidos Fatores de Segurança mínimos de 1,523 (FS.=1,523) e 1,512 (FS.=1,512). Os Fatores de Segurança obtidos são superiores aos valores adotados no item 3.9.3, que são valores usualmente considerados em barragens. No caso onde não se adotou a berma de 40,00m


69

o Fator de Segurança foi de 1,195 (FS.=1,195 – figura 1, anexo 2 ) para o regime Permanente, sendo insuficiente para garantir a integridade da estrutura. 3.10- Dimensionamento da Drenagem Interna A estimativa das dimensões dos elementos da drenagem interna foi baseada nos dados obtidos a partir das análises de percolação. 3.10.1- Filtro Vertical e Horizontal Os filtros vertical e horizontal dos 4 alteamentos que compõem a Barragem Sul Superior (EL.945; EL.950; EL.955 e EL.960) foram dimensionados segundo a Lei de Darcy (1850), que apresenta a seguinte equação para o fluxo : Q = K i A Onde, Q = quantidade de fluxo no tempo t ; K = coeficiente de permeabilidade; i = gradiente hidráulico; A = área total da seção de fluxo; A vazão (Q) em m³/s que aporta ao filtro vertical, foi obtida através do programa SEEP/W citado anteriormente, tendo sido encontrado uma vazão MÁXIMA de 8,75 x 10-18 m³/s, como podemos ver nas figuras de percolação de 1 a 13 no anexo 1. O coeficiente de permeabilidade adotado para a areia foi de 4,0 x 10-3 m/s, o gradiente hidráulico (i) igual a 1 e o coeficiente de segurança (CS) igual a 10. Então, A = CS x Q / Ki ? A = 10 x 8,75 x 10-18 / 4,0 x 10-3 x 1 ? A < 0,01 m² / m Tendo em vista o método executivo, a possibilidade de contaminação, estrangulamento na construção e principalmente a natureza do material constituinte do aterro da barragem os filtros vertical e horizontal foram concebidos com uma espessura mínima de 0,80 m. 3.10.2- Tapete Horizontal – Praia de Rejeitos a) Trecho com tapete completo tipo sanduíche Considerações : ? ? Tapete composto por uma camada de areia, uma de brita 1 e 2 e outra de areia, sendo as

camadas de areia com espessura de 0,30 m e a de brita 1 e 2 com 0,40 m ;


70

? ? A permeabilidade da brita 1 e 2 é de 10 cm/s, ou seja, 10-1 m/s e da areia de 4,0 x 10-1 cm/s, ou seja 4,0 x 10-3 m/s.

Sendo assim, a permeabilidade média do tapete será de : KTapete = ( 0,3 x 4,0 x 10-3 + 0,4 x 10-1 + 0,3 x 4,0 x 10-3) / 1,00 ? KTapete = 4,24 x 10-2 m/s, A vazão (Q) em m³/s que aporta ao tapete horizontal tipo sanduíche, foi obtida através do programa SEEP/W citado anteriormente, tendo sido encontradas vazões diferenciadas para cada altemanto, sendo elas; • 1°Alteamento – Crista EL.945,00 – Qafluente=5,18 x 10-6 m/s, • 2°Alteamento – Crista EL.950,00 – Qafluente=1,03 x 10-4 m/s, • 3°Alteamento – Crista EL.955,00 – Qafluente=1,10 x 10-4 m/s, • 4°Alteamento – Crista EL.960,00 – Qafluente=7,02 x 10-5 m/s, Em todos os alteamentos a linha de pressão hidrostática zero está passando por dentro do tapete, como se pode observar nas figuras de percolação. Assim, a capacidade de vazão do tapete é de : Qtapete = K x i x A = K x (h/L) x h x 1,0 ? Qtapete = 4,24 x 10-2 x (1,0/70) x 1,0 x 1,0 ? Qtapete = 6,06 x 10-4 m³/s, b) Calculo dos Coeficientes de Segurança • 1°Alteamento – Crista EL.945,00 – Qafluente=5,18 x 10-6 m3/s, CS = Qtapete / Qafluente ? CS = 6,06 x 10-4 / 5,18 x 10-6 ? CS = 116,9 • 2°Alteamento – Crista EL.950,00 – Qafluente=1,03 x 10-4 m3/s, CS = Qtapete / Qafluente ? CS = 6,06 x 10-4 / 1,03 x 10-4 ? CS = 5,94 • 3°Alteamento – Crista EL.955,00 – Qafluente=1,10 x 10-4 m3/s, CS = Qtapete / Qafluente ? CS = 6,06 x 10-4 / 1,10 x 10-4 ? CS = 5,51


71

• 4°Alteamento – Crista EL.960,00 – Qafluente=7,02 x 10-5 m3/s, CS = Qtapete / Qafluente ? CS = 6,06 x 10-4 / 7,02 x 10-5 ? CS = 8,63 Trecho da Proteção da Base de partida a Jusante – Continuação do Tapete Na saída do tapete drenante será construido uma drenagem de pé, com a finalidade de captar toda sua água, esta drenagem de pé também prevê a proteção do pé da barragem, ele será construido com pedra de mão com uma espessura de 0,50 m. A vazão (Q) MÁXIMA (1°Alteamento) em m³/s que aporta na drenagem de pé descarregada pelo tapete é da ordem de Qafluente = 1,03 x 10-4 m³/s. Neste trecho a linha de água está passando abaixo da drenagem de pé, onde a capacidade de vazão é de : Qproteção = K x i x A ? Qproteção = 1 x 10-1 x (0,5/1,26) x 0,5 x 1,0 ? Qproteção = 1,98 x 10-2 m³/s, Então o coeficiente de segurança MÍNIMO em todos os 4 alteamentos será de, CS = Qproteção / Qafluente ? CS = 1,98 x 10-2 / 1,03 x 10-4 ? CS = 43,04 3.10.3- Verificação do Critério de Filtro Para verificar a validade dos materiais drenantes como filtro, foram considerados os valores médios do tamanho dos grãos, e o critério de Bertrand, que recomenda : ? ? D15filtro ? 5 x D15itabirito (garantir a permeabilidade) ? ? D15filtro ? 5 x D85itabirito (evitar a migração de finos) Areia Lavada - Aterro em Itabirito Compactado 0,3 mm ? 5 x 0,038 mm (ok) 0,3 mm ? 5 x 12,45 mm (ok) Brita 1 e 2 – Areia Lavada 8 mm ? 5 x 0,3 mm (ok) 8 mm ? 5 x 3,5 mm (ok)


72

Areia Lavada – Base de Partida em Itabirito 0,3 mm ? 5 x 0,038 mm (ok) 0,3 mm ? 5 x 12,45 mm (ok) 3.10.4- Comentários O sistema de drenagem interno dos alteamentos (areia) apresenta Coeficientes de Segurança mais elevados do que o valor igual a 5.5 (CS=5.5) para as vazões de percolação determinadas. O tapete drenante, composto por areia e brita 1 e 2 apresentou Coeficientes de Segurança um pouco inferiores a 10 (CS=10), porém na situação de abandono o Coeficiente de Segurança foi de 8,63 (CS=8,63), como este valor esta bem próximo do exigido (CS=10) e as análises foram realizadas admitindo-se situações severas, não será necessário reavaliar a seção hidráulica do tapete drenante. Após a análise do conjunto geral da Barragem Sul Superior (Figuras 09 a 13 do anexo 1), foi constatada a necessidade de implantação de um linha de DHP (dreno horizontal profundo) acima da berma de elevação 885,00, com a finalidade de rebaixar a freática neste local. Ainda no conjunto da Barragem Sul Superior foi implantado um sistema de drenagem de pé, com a função de aliviar possíveis excessos de poro-pressões no pé da barragem, bem como captar as percolações e surgências de água verificadas em campo (EL~880,00). Além do critério hidráulico, o sistema drenante atende as relações de granulometria recomendada conforme pode-se verificar nas curvas granulométricas indicadas nos desenhos de projeto. 3.11- Projeto do Alteamento 3.11.1. Barragem A barragem será uma estrutura alteada por montante em 4 etapas ( Diques el.945; 950; 955 e 960), sendo em cada etapa construídos diques em aterro de 5 metro de altura em itabirito ou Solo Coluvionar da área de empréstimo, compactado a 95% do “Proctor Normal”, com controle tecnológico de campo e de laboratório. Para o controle das percolações terá um sistema de drenagem interna, sendo filtros constituído por areia média a grossa lavada e tapete completo tipo sanduíche constituído por areia lavada envelopando uma camada de brita 1 e 2. O aterro da El.945, será apoiado sobre uma base de partida constituída por uma camada de itabirito implantada diretamente sobre a praia de rejeitos saturada. Essa camada somente será adensada com o tráfego dos equipamentos de transporte e de espalhamento, e acabada com rolo vibro.


73

Para proteção da base de partida à jusante, foi concebida uma proteção com itabirito para confinamento da praia de rejeitos aparente devido o afastamento (berma) de 40,00m. Os desenhos 185D-17-0019 a 185D-17-0030 apresentam as plantas do projeto executivo dos aterros de alteamento da Barragem Sul. Os desenhos 185D-02-0008 a 185D-02-0011 apresentam as seções do projeto. 3.11.2- Sistema Extravasores 3.11.2.1- Extravasor Operacional Este extravasor foi concebido como uma estrutura provisória, para se manter o reservatório deprecionado com o desvio das vazões afluentes provenientes da decantação da polpa de rejeitos e das cheias mais freqüentes, para operar durante a fase construtiva e durante a vida útil da bacia, estimada em ~4 anos. Também, o extravasor operacional foi concebido para permitir a implantação de etapas de alteamento da barragem, caso a CVRD julgue necessário continuar com a disposição de rejeitos nesta bacia. O extravasor operacional está representado no desenho 185D-17-0010 e é composto pelos elementos a seguir: a) Torre de Queda Será uma estrutura vertical de concreto armado, monocelular, apresentando como sistema estrutural em quadro fechado com tomadas de água e comportas tipo “stop logs”. As tomadas de água consistem da abertura frontal da torre, com elementos de apoio e travamento dos “stop-logs” que, após serem posicionados, efetuarão a interrupção do fluxo d’água. Esta operação somente será executada quando da necessidade de alteamento do nível de água decorrente do avanço das frentes de assoreamento. A soleira da primeira janela ou comporta da torre de queda foi posicionada na EL 940,50. Na última janela ou comporta, a soleira foi fixada na EL. 958, não havendo elementos estruturais para a fixação dos “stop logs” de fechamento, para evitar que a borda seja comprometida pelo avanço do rejeito no reservatório. A torre será conectada ao tubo galeria armco através de um bloco de concreto, vinculado a uma junta elástica de vedação tipo FUNGENBAND, para absorver prováveis recalques diferenciais entre a torre e o tubo galeria armco. Na construção da torre de queda será utilizado concreto armado com fck igual a 20 MPa e aço do tipo CA-50A, com tensão de escoamento de 500 MPa, laminado a quente. A estrutura será apoiada diretamente no terreno natural onde serão implantados tubulões de pequeno diâmetro. A fundação é constituída por solos detríticos terciários , com SPT ao redor de 8 golpes para os trinta cm finais, devendo-se efetuar sondagem quando de sua implantação para


74

ajuste nos tubulões de sustentação previstos em projeto, uma vez que a resistência acima de 18 golpes talvez não seja atingida. Essa sondagem deverá indicar também o nível de água previsto quando da implantação das escavações da torre. b) “Stop - Logs “ Para o fechamento das janelas da torre de queda, serão utilizados “stop-logs” de madeira de lei, com peso específico superior a 1,1 tf/m3, compostos de diversas lâminas para cada célula, utilizando-se o sistema estrutural de placa apoiada nas suas extremidades. Esse sistema constitui uma ótima opção para se evitar fugas d’água e de rejeito, visto que apresenta encaixes para melhor vedação. c) Tubo de Descarga – Galeria Circular Para a descarga das vazões vertidas pela torre, será utilizado tubo metálico Armco MP152 Circular com diâmetro de 2,15m e chapa corrugada com 4,7 mm de espessura, que atenderá ao carregamento máximo previsto quando dos alteamentos da barragem, a galeria em tubo armco será implantada com declividade de 0,5%. d) Canal Trapezoidal de Transição Para regularizar e dirigir o fluxo para o extravasor de abandono foi concebido na saída do tubo galeria armco um trecho de transição em canal trapezoidal armado em concreto fck=20 MPa, para conduzir e descarregar as vazões efluentes. 3.11.2.2- Extravasor de Abandono Essa estrutura será implantada em 4 segmentos, sendo que os segmentos 1 a 3 juntamente com o extravasor operacional, vão garantir a segurança da barragem contra galgamento na fase de operação. O extravasor de abandono está representado no desenho 185D-17-0010 e é composto pelos elementos a seguir: a) Canal de Aproximação Trapezoidal Constitui num canal trapezoidal escavado em terreno natural revestido com enrocamento intertravado e com captação a ~60 metros do eixo da barragem na EL.960,00 de desativação de operação. b) Tomada de Água Estrutura em concreto armado fck=20 MPa, com muros alas direcionadores de fluxo e canal de transição com soleira livre. Construída em terreno natural na ombreira direita. c) Canal Retangular em Degraus


75

Canal retangular em concreto armado fck= 20 MPa, sendo segmentos em canal e degraus, implantado em terreno natural na ombreira direita. d) Dissipador O dissipador será constituído por uma escavação em caixa onde será implantada uma estrutura em concreto fck=20 MPa, esta bacia retangular de amortecimento será implantada em terreno natural, devendo-se a época efetuar sondagens para verificação de sua fundação, esperando-se resistência ao “SPT” >10 golpes para os 30 cm finais. e) Canal de Restituição Canal trapezoidal, escavado em terreno natural e revestido com enrocamento intertravado, tendo como objetivo restituir as vazões defluentes ao lago da Barragem Inferior. 3.11.2.3- Drenagem Superficial Para controlar e escoar as vazões pluviais no corpo da barragem e no talude de corte do extravasor de abandono, será concebido um sistema de canaletas em concreto pré-moldado, com caixas de passagem e derivação em concreto simples (fck = 20 MPa). Em decorrência do incremento de vazões liberadas pela drenagem superficial do alteamento da Barragem Sul, deverão ser substituídas algumas drenagens da barragem existente. Esta adequação se torna necessária uma vez que parte das descargas passa pela berma da El.938 da barragem existente. A alteração se refere à substituição de canaletas meia cana de concreto pré-moldado de diâmetro 0,80m para 1,00m. Na barragem existente também será efetuada adaptação da descarga atual, a descarga é efetuada no extravasor de abandono, e em consequência da retificação do extravasor haverá relocação das canaletas de descarga. 3.12- Cronograma e Seqüência de Implantação A seqüência de implantação dos alteamentos da Barragem Sul está prevista em Quatro Etapas de Implantação distintas e subdivididas em Fases Construtivas conforme apresentadas nos desenhos 185D-17-0019 a 185D-17-0030 (plantas) e 185D-02-0008 a 185D-02-0011 (seções). O cronograma de construção é por Etapas de Implantação abaixo discriminadas: a) 1a Etapa de Implantação – Barragem El.945 – Ano 2004 Fase 1 1 – Implantação dos Acessos e Canteiro de Obras 2 – Raspagem/Limpeza e Tratamentos de Fundação 3 - Escavação do Extravasor Operacional (Deixar septo/ensecadeira natural no canal e aproximação)


76

4 – Construção da Dique/Leira Defletora (Itabirito) ou solo proveniente das escavações obrigatórias 5 – Implantação do Sistema de Desvio (Mantendo-se o atual sistema em canal trapezoidal com uma leira/ensecadeira como canal fusível para segurança) Fase 2 6 – Construção do Dreno de Pé e DHPs da Barragem Existente 7 – Escavação do Extravasor de Abandono Trecho 1 (Canal de restituição, Dis- sipador e Canal em Degraus) 8 – Construção do Extravasor Operacional (Torre da Tomada de Água, Galeria em Armco e Canal Trapezoidal) Obs. A torre poderá ser parcializada. 9 – Construção do Extravasor de Abandono Trecho 3 (Conexão com o Extrava- sor Operacional 10- Retificação e Correção do Extravasor de Abandono Existente Trecho 2 (Correção de traçado e Alteamento dos muros laterais) Fase 3 11- Abrir o Septo/Ensecadeira do Canal de Aproximação do Extravasor Opera- cional 12- Lançar Enrocamento no Canal de Aproximação – Extravasor Operacional 13- Praia de Rejeito na EL.~940 – CVRD – (forçar o desvio) 14- Desativação do Sistema de Desvio – (Tubulações) Fase 4 15- Construção da Base de Partida, Tapete Completo e Aterro de Proteção a jusante 16- Aterrar Canal Fusível Existente – Itabirito 17- Construção do Maciço do Dique EL.945 (Aterro e Drenagem Interna) 18- Implantar Proteções ( Pé do Dique El.945 e Vegetação do Talude Jusante) 19- Implantar Drenagem Superficial Pé do Talude Jusante do Dique EL.945 20- Instalar Sistema de Pivotamento de Lançamento dos Rejeitos no Dique EL.945 e Ombreira Esquerda – Início de Operação - CVRD b) 2a Etapa de Implantação – Barragem El. 950 – Ano 2005 Única Fase 1 – Retificação e Complementação dos Acessos 2 – Praia de Rejeitos na EL.~943,50 - CVRD 3 – Raspagem e Limpeza de Fundação – Ombreiras 4 – Lançamento da Base de Partida e Leira Defletora 5 – Construção do Maciço do Dique EL.950 (Aterro, Drenagem Interna e Vege- tação do Talude de Jusante) 6 – Remanejamento do Sistema de Pivotamento para sobre o Dique EL.950 e


77

Ombreira Esquerda - Operação de Lançamento Rejeitos - CVRD 7 – Implantação da Instrumentação – 1a Parte c) 3a Etapa de Implantação – Barragem El.955 – Ano 2006 Única Fase 1 – Retificação e Complementação dos Acessos 2 – Praia de Rejeitos na EL.~948,50 3 – Raspagem e Limpeza da Fundação – Ombreiras 4 – Lançamento da Base de Partida e Leira Defletora 5 – Construção do Maciço do Dique EL.955 (Aterro, Drenagem Interna e Vege- tação do Talude de Jusante) 6 – Implantação da Drenagem Superficial na Berma da EL.950 7 – Remanejamento do Sistema de Pivotamento para sobre o Dique EL.955 e Ombreira Esquerda - Operação de Lançamento Rejeitos - CVRD d) 4a Etapa de Implantação – Barragem El. 960 – Ano 2007 Fase 1 1 – Implantação de Novos Acessos e Canteiro de Obras 2 – Praia de Rejeitos na EL.~953,50 – CVRD 3 – Raspagem e Limpeza de Fundação – Ombreiras 4 – Lançamento da Base de Partida e Leira Defletora 5 - Construção do Maciço do Dique/Barragem EL.960 (Aterro, Drenagem Interna, Proteção “Rip-Rap” Talude de Montante e Vegetação Taludes 6 - Implantação da Drenagem Superficial - Ombreiras 7 – Implantação da Instrumentação – 2a Parte 8 - Remanejamento do Sistema de Pivotamento para sobre a crista EL.960 - Operação de Lançamento de Rejeitos - CVRD Fase 2 9 – Escavação do Extravasor de Abandono Trecho 4 ( Canal de Aproximação, Toma de Água e Canal em Degraus) 10- Construção do Extravasor de Abandono Trecho 4 e Conexão ao Trecho 3 11- Fechamento da Janela de Descarga do Extravasor Operacional 12- Aterrar Canal Trapezoidal do Extravasor Operacional com Itabirito 13- Enchimento do Extravasor Operacional com Rejeito-Lançamento Hidráulico 14- Monitoramento e Desativação do Sistema Barragem Sul – (mantendo-se um pequeno lago junto ao canal de aproximação do extravasor de abandono).

ANO DE EXECUÇÃO ETAPA DE IMPLANTAÇÃO 2004 2005 2006 2007


78

1a Etapa de Implantação – Barragem El.945 X

2a Etapa de Implantação – Barragem El. 950 X



A operação da barragem é concomitante a cada etapa de alteamento visto que é necessária a formação da praia, gerada pelo lançamento dos rejeitos, para a instalação de cada novo alteamento.

relatório de controle ambiental plano de · pdf fileo presente documento compreende o...

Documents