RUPTURA DO DESCARREGADOR DE FUNDO DA BARRAGEM DAUSINA IZABEL - RECUPERACAO DO MACIQO DE TERRA

Eng2 Paulo C. Toledo FrancaEng2 Wilson Armando Palmieri

Eng2 Claudio Vaiciunas

Engg Fatima Cristina FariaGe6l. Paulo Victor C. B Braun

ELETROPAULO - Eletricidade de Sao Paulo S/A.

RESUMO

O trabalho descreve o acidente ocorrido em 1990 na Barragem do Izabel. A ruptura da tubulagaodo descarregador do (undo causou erosao retroprogressiva no macigo do terra.Doscreve as primeiras medidas tomadas para o controle do problema , entre as quaffs oesgotamento parcial do reservat6rio atrav6s do um sifao e o alerta as populagaes dejusante.Sao detaihados os procedimentos do investigagao das causas do acidente , a as obras emergen-ciais quo so sucederam.

1. INTRODUcAO

A Usina Izabel esta localizada na Serra da Mantiqueira,Municipio de Pindamonhangaba , S.P., conforme in-dicado na fig. 1 . A queda bruta de 960 metros 6 a majordo Brasil e uma das maiores do mundo.

I naugurada em dezembro de 1915 pela antiga Empressde Eletricidade Sao Paulo e Rio, foi incorporada em1940 pela The Sao Paulo Light and Power Company,atualmente ELETROPAULO. Suacapacidade instaladaa de 2640 KW.

Durante muito tempo a Usina permaneceu desativada.Voltou a operar no inicio de 1986 , ao completar 70 anos,depois de uma reforma geral em suas instalagoes,prevista no piano de reativagao de Mini Usinas daELETROPAULO. Foram mantillas , tanto quanto possi-vel, suas caracteristicas est6ticas originais , visando ApreservagAo do patrimonio hist6rico e arquitetonico.

Como pode ser visto na fig. 2, a acumulacao d'agua efeita em dois reservat6rios posicionados em cascata. 0reservat6rio superior acumula 57.000 metros cubicosem seu nivel mAximo . Os dispositivos de descargaconsistem em um vertedor de superficie , livre, e umdescarregador de fundo constituido por uma tubulacaode 12 polegadas que atravessa a barragem em suaporgao mais inferior, controlado por uma comporta deacionamento manual situada em um castelo d'agua amontante . A barragem de terra , corn altura maxima de16 metros , foi construida em aterro homoganeo, semcontrole tecnol6gico.

Uma barragem em concreto do tipo Ambursen limita oreservat6rio inferior (4 x 106 m). O sistema de adugaoconsiste em urn canal com comprimento de 1400 me-tros, cbmara de compensacAo e conduto forgado emsegmentos do tubos de ago flangeados.O acesso as barragens 6 feito a partir da cidade deCampos do Jordao, e o trecho final , nao pavimentado,

possui rampas e curvas acentuadas , tornando dificil o

trafego de veiculos pesados.

AIBm de contribuir normalmente para o Sistema Inter-ligado, a Usina pode atender, em caso de emergancia,o pico do Itapeva , onde estao instaladas varias antenasde telecomunicacoes , alAm da bomba de recaiqued'agua da adutora de Pindamonhangaba a outras car-gas prioritArias na regiao.

Embora os volumes armazenAveis nos reservat6riossejam pequenos , a grande e subita queda do curso dorio a jusante possibilita grandes danos em caso deruptura das barragens. Em duas ocasioes, janeiro de1985 a dezembro de 1989 , chuvas excepcionaiscausaram grandes Banos As instalagoes da Usina, alamde sua paralizagao . Os efeitos observados nessasocasioes serviram de parametros para se efetuar umaestimativa dos danos de uma eventual ruptura na bar-ragem:

• erosoes , escorregamentos e danos A floresta ad-jacente ao curso d'agua e ao canal de aducao;

• enchente na casa de forga e vita residencial dosfuncionArios, com eventuais perdas humanas;

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• prejuizos materials nas fazendas, estradas e vilare-jos a jusante da casa de forga, como decorrencia da

enchente em si e da deposicao dos materials erodi-dos, com provaveis perdas humanas.

2. DESCRICAO DO ACIDENTE

Na tarde do dia 16.02.90 o operador constatou umafundamento de aproximadamente 3 metros cObicos no

macico da barragem, proximo a saidado descarregadorde fundo. Verificando que esse tubo carreava terra,fechou a comporta de montante e notificou o setor deoperacao.

Em seguida, surgiu novo afundamento no macico, proxi-

mo ao primeiro. Apesar de fechada a comporta, odescarregador do fundo ainda vazava cerca de 500

litros por minuto, com a agua ainda contaminada por

solidos. Visualmente, constatou-se que a comporta no

castelo d'a9ua apresentava vazamento.

Os setores de engenharia, manutencao e operacaorealizaram uma insper ao no dia seguinte, na qual cons-tatou-se que:

• provavelmente a barragem estava sofrendo urnprocesso de erosao interna;

• o reservatorio, completamente cheio, impunhacarga hidraulica maxima ao macho de terra;

• o esvaziamento do reservatorio pela tubulacao de

fundo nao seria recomendavel, porque a tubulacao

estava seriamente danificada, podendo sua utiliza-cao levar ao colapso total da barragem. Nao haviaalternativa imediata para rebaixamento do reserva-

torio.

3. PROVIDENCIAS TOMADAS

Tendo em vista a situacao de risco iminente, agravada

pela possibilidade de ocorrerem chuvas intensas,

caracteristicas da area naquela epoca do ano, foramtomadas as seguintes medidas:

• alerta a comunidade situada a jusante das instala-coes da Usina;

• protecao da area afetada corn Iona plastica;

• montagem de urn sistemade radio- transmissao parscomunicacao entre o reservatorio, usina a areas

externas para possibilitar, em caso de necessidade,o aviso antecipado da comunidade de jusante paraevacuacao, e tambem para facilitar a comunicacao

corn as areas de engenharia e manutencao. Situada

em area rural , a barragem nao dispunhade telefonia;

• esvaziamento do reservatorio inferior, visandoamortecer a onda de cheia a jusante, em caso deruptura subita da barragem do terra;

• medicao horaria das vazoes nos drenos existentesna barragem e do descarregador de fundo, cornestimativa da quantidade de solidos carreada;

• remocao do alteamento de madeira e da mureta emalvenaria (60 cm) existente na soleira do vertedouro

Iivre, diminuindo o nivel e principalmente, o volume

d'agua armazenado no reservatorio superior;

• vedacao total da comporta do descarregador defundo, com o auxilio de mergulhadores;

• instalacao de bombas de succao a recalque noreservatorio, alem de um tubo de PVC de 6 polega-das, que funcionou como sifao; as vazoes obtidas

foram insuficientes para rebaixar o nivel d'agua;

• cerca de dez dias apos o acidente, instalacao desifao de 16 polegadas, utilizando-se tubos de ap

em use pela ELETROPAULO nas operacoes dedragagem do Canal Pinheiros; a operagao do sifao

permitiu o rebaixamento do reservatorio, pos-sibilitando entao a realizacao de investigacoes eobras com um major grau de seguranca.

Atraves dessas ago-es conseguiu-se estabelecer umacondicao mais favoravel tambem para a tomada dedocisoes para as obras emorgenciais que so seguiram.A geracao da Usina foi parcialmente restabelecida me-diante a operacao do sifao.

Prosseguia-se em paralelo corn as atividades de inspe-cao na tubulacao danificada, a investigacoes geotecni-cas.

A inspecao no interior do tubo foi possivel atraves dafilmagem com firma especializada. Foram obtidas ima-gons do 701/. do comprimonto da tubulacao, quo man-tinha a linearidade original. 0 trecho remanescente de30%, sob a porgao central do macico, estava obstruidonas duas extremidades, confirmando e ate agravando

o quadro de comprometimento do tubo e aumentandoa probabilidade de erosoes de major ports no macico,Foram executadas 5 sondagens a percussao , 2 rotati-vas e dois pocos de inspecao, objetivando:

• avaliar a extensao dos danos na barragem, par-

ticularmente quanto a existencia de cavidades nomacico. Nao foram detectados vazios, apesar deduas sondagens terem sido posicionadas sobre otubo descarregador de fundo;

• avaliar as caracteristicas dos solos constituintes domacico: granulometria, compactacao e zoneamen-tos/estratificacoes. As sondagens confirmaram a ho-mogeneidade do macico, e sua constituicao silto--argilosa, corn fracao arenosa sensivel ao tato. Osvalores de SPT, entre 4 e 5, confirmaram o baixograu de compactacao, e a umidade natural sempreapresentava-se alta;

• definir a natureza dos afundamentos no macico,

para confirmar a hipotese de inducao de "piping"polo descarregador de fundo; o pogo locado sobre

o afundamento maior que estava cheio de lama nao

alcancou o descarregador, oito metros abaixo, porinstabilidade das paredes; o escoramento tradicio-nal, implantado em etapas apos a escavacao de

pequenos trechos verticals nao foi eficaz, eviden-ciando entao que qualquer escavacao deveria sofrer

obrigatoriamente o pre escoramento das paredespara se tornar viavel;

• averiguar a qualidade do macico rochoso na regiaoda ombreira esquerda, para subsidiar decisao quan-to a construcao de nova tomada d'agua. A rochaalterada mostrou-se adequada a construcao de umagaleria;

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• confirmar a existencia de urna cortina de vedacaoem pedra argamassada localizada aproximada-mente sob o eixo da barragern, averiguar seu estadode conservacao e sua Iota de coroamento. Essaconfirmacao se fez necessaria a partir de dUvidassurgidas na confrontacao de antigos desenhos, e da

possibilidade da alteracao das dimensoes neles in-dicadas durante obras de remodelacao feitas na

decada de 30. 0 pogo sobre a crista iniciou-se porultimo a foi abandonado para liberar a area para ostrabalhos de recuperacao do macico. Numa primeiratentativa, o "corewall nao havia sido encontrado na

profundidade prevista.

4. ALTERNATIVAS ESTUDADAS

A escolha da solucao do problema deveria ser rapida.

Alm dos custos , deveria ser considerada a propriaseguranca da barragem durante a obra.

Foram estudadas as seguintes alternativas:

a) abandono do reservatbrio

Foi rejeitada em funcao dos custos para a remocaoparcial da barragem , e recuperacao da vegetacaona area inundada a ser exposta ; a perda energaticadecorrente poderia tambem ser considerada,apesar da geracao poder ser mantida somente corno reservatbrio inferior.

b) recuperacao do macico de terra e tubo adutorFoi rejeitada apos a analise do televisionamento notubo. 0 ferro fundido apresentava -se trincado emdiversos locais , e as juncoes do tipo ponta e bolsaestavam deslocadas em diversos pontos.

c) recuperacao do macico de terra , abandono do tubodescarregador e con.strucao de nova tomadad'agua

A alternativa c foi detalhada sob os seguintes aspectos:

• selagem do tubo adutor corn nata de cimento einjecbes nas porcaes do macico a este adjacentes;

• recuperacao do macico do terra atravas da troca desolo no trecho mais atingido , correspondente ao p6do talude de jusante ; previsao de um sistema es-pecial de escoramento , baseado na experienciaadquirida por ocasiao da escavaq&o do pogo deinvestigacao;

• construoao de filtro e enrocamento do protecao no

talude de jusante , corn cota maxima definida pelaregiao histbricamente sujeita a encharcamentos.

A construoao da nova tomada d'agua foi postergada porproblemas orcamentarios . Todavia, os pianos incluem

a montagem de uma tubulacao metalica , enterrada a

uma profundidade de 2,0 metros sob o vertedor de

superficie , no qual serao instaladas comportas para

aumento do volume armazenavel.

5. RECUPERACAO DO MACIPO

A mobilizacao para recuperacao do macico foi imediata,e compreendeu a montagem do canteiro de obras ealojamentos, e recondicionamento do trecho em terrada estrada de acesso, para o trafego de caminhi es.

5.1 Execucao dos reparos - matodo executivo

Os servicos de recuperacao do macico eram do con-cepcao simples:

• escavacao de vala para acesso a tubulacao;

• obstrucao do tubo descarregador de fundo;

• reaterro da vala corn solo e material filtrante;

• execucao do enrocamento de protecao do talude dejusante, obras de acabamento.

Alguns condicionantes tornaram o metodo executivoessencial para o sucesso das obras:

• o macico estava pouco compactado e encharcado,dificultando a execucao segura;

• a maxima profundidade de escavacao prevista era10 metros;

• a inclinacao do talude de jusante da barragem eraacentuada (1,5h :1 v);

• praca de trabalho limitada, e impossibilidade deemprego de equipamentos pesados;

• necessidade de rapidez na escavacao e reaterro; oinicio das obras coincidiu corn a intensificacao doperlodo chuvoso (outubro); corn efeito, registrou-seprecipitacao de 120mm em 24 horas, durante asobras;

• necessidade de se manter os custos das obras emcompatibilidade corn o porte da Usina.

Apbs discussoes tacnicas envolvendo inclusive a em-presa construtora, optou-se pela adocao de um sistemade escoramento constituido por micro-estacas susten-tadas por estroncas metalicas, tubos de 6 polegadas,corn juncoes soldadas. Esse sistema permitiu o previoescoramento das parades da vala, tendo sido as estron-cas colocadas a medida que a perfuracao avancava. 0escoramento permitiu que a escavacao e o reaterrofossem feitos de forma gradativa e segura.Como mostrado na fig. 3, as micro-estacas envolveramtodo o perimetro de escavacao, totalizando 1030 m

lineares.

Foram feitas algumas adaptacoes frente a imprevistos,tais como:

• a presenca de afloramentos rochosos impenetraveiscorn os equipamentos disponiveis impediu o engas-tamento das estacas, obrigando a realizacao defileiras suplementares;

• principio de desmoronamento junto a outro trechode micro-estacas, obrigando a um reforco do estron-camento;

• a ligacao estroncas-estacas, prevista para ser feitaatravas de chumbadores, demonstrou-se inviavelpor fraqueza da argamassa das estacas; a solucaoconsistiu em soldar as estroncas diretamente naarmadura das estacas.

Para maior seguranca contra eventuais infiltracoes late-rais foram executados drenos horizontais profundos nosolo em ambos os lados da vala.

A obturacao do tubo descarregador corn calda decimento e areia foi feita atravas do castelo d'agua.

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Foram gastos 3700 litros de argamassa, volume cor-respondente ao tubo, indicando que nao deveriam exis-tir cavidades significativas. A injecao foi passiva, ouseja, contou-se apenas com a altura manomatrica de16 metros entre a bomba e o tubo descarregador. Apressao aplicada na bomba foi calculada de modo asuprir somente as perdas de carga nos sistema demangueiras e manchetes, de modo a evitar rupturashidraulicas no macigo.Foram efetuadas injecoes com nata de cimento emperfuracoes no solo ao longo do eixo da tubulagdoadutora, entre o local escavado e a crista da barragem,para preencher possiveis vazios. As injecoes foramfeitas por gravidade, e o volume de nata absorvido foicorrespondente ao das perfuracoes, indicando nova-mente a ausencia de vazios maiores.

0 reaterro da vala foi efetuado integralmente em mate.rial granular, bica corrida e pedrisco, ao inv6s dacombinacao de filtros e aterros prevista originalmente.Esse procedimento foi adotado porque as chuvas naopermitiriam a compactacao de solos, e havia pressapara o t6rmino dos reparos. Os acr6scimos nos custosforam irrelevantes face ao custo global.

0 filtro de proterao do talude de jusante consistiu deuma camada de pedra rachao e bica corrida, comrespectivamente 0,40 e 0,30 metros de espessura, atin-gindo toda a extensao do talude, ajusante da barragem,a partir da cota de inicio de escavacao da vala.

5.2 Servigos de Acabamento

0 acabamento no p6 do talude de jusante foi feito com

muro de gabioes, de I metro quadrado de secaotransversal (fig. 4). Decorreu da impossibilidade de selevar o filtro de protecao -at6 o p6 do talude, pelaexistencia de caixas de passagem, cuja mudanca seriacomplicada.

A reds de drenagem de Aguas pluviais e de infiltracaofoi refeita, e as areas com solo exposto foram tratadascom grama.

6. COMENTARIOS

0 acidente na Barragem de Isabel colocou uma emer-gencia diante do corpo tecnico da ELETROPAULO. A

possibilidade de ruptura da barragem impunha riscosde perdas elevadas, humanas, materiais e ambientais,principalmente em funcao da alta declividade do Ribei-rao Sacatrapo. Esse aspecto direcionou a tomada dasprimeiras decisoes e a alternativa escolhida para recu-peracao. As obras executadas foram eficazes e res-taboloceram as condicoes do coguranga do macirto,minimizando as chances de colapso.

Dentre as alternativas estudadas para o esvaziamentodo reservatorio e recuperaCao do macigo foi dadaenfase , al6m do baixo custo, a rapidez e simplicidadeda obra. Alem do risco de chuvas fortes, havia o in-teresse em restabelecer a geracao normal da Usina, nomenor prazo possivel. 0 robaixamento com o sifaomontado com tubos metalicos permitiu nao so o rebaixa-mento do reservatorio, com tamb6m sua operacaodurante e ap6s a obra,

O processo de escoramento da vala por enfilagemcontornou alguns problemas previstos, relativos amovimentagdo de equipamentos e confinamento dasescavacoes. Os aspectos seguranca e prazo tambemforam atendidos, apesar do periodo chuvoso em que asescavacoes foram executadas.

Os autores entendem que alguns topicos podem mere-cer uma reflexao mais detalhada, podendo vir a sub-sidiar awes futuras:

o treinamento do pessoal residents na Usina per.mitiu que fosse tomada, de forma aut6noma, adecisao corretade se fechar o tubo adutor assim quefoi percebido o problema, evitando consequenciasmais graves;

a convivencia, em pequenas estruturas, com riscosmais elevados do que aqueles aceitaveis em estru-turas de major porte;

a necessidade de automatizacao da operacao depequenas centrals, exislentes e a construir, einquestionavel sob os aspectos economico epratico. Paradoxalmente, uma ocorrencia semel-hante em uma central automatizada poderia ter sidomuito grave;

• a conveniencia da aplicacao de metodos nao con-vencionais e estimulo a criatividade no use de meto-dos caseiros, em atividades ligadas a manutencaopreventiva e corretiva em P.C.H's.

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AREA ESCAIADA

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DRITA CORRIDA

TUBO 012" 7/8"

TRECHO ABANDONADO

CASTELO DAGUA

N.A

TUBO 012 7/8"

TRECHO INJETADO C / ARGAMASSA

CORTE A. A

TUBO PVC 40mm

1 00 1 .00 1 .00 1 .00 1 .00

TUBOS DE INJETAO

TUBO 012 7/8"

EXISTENTE

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TRECHO C / VALVULAS

MANCHETTE

DETALHE I

FIGURA 4 - REPARO DA AREA DANIFICADA

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