COMITÊ BRASILEIRO DE BARRAGENS
XXX – SEMINÁRIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS
FOZ DO IGUAÇU – PR, 12 A 14 DE MAIO DE 2015
RESERVADO AO CBDB
BARRAGEM DE CHAGLLA – PRINCIPAIS ASPECTOS
Marcela Wamzer JEISS
Engenheira Civil – Intertechne Consultores S.A.
Alex Martins CALCINA
Engenheiro Civil – Intertechne Consultores S.A.
Carlos Lúcio PINTO
Engenheiro Civil – Odebrecht Infraestrutura
Leonardo BORGATTI
Engenheiro Civil – Odebrecht Infraestrutura
RESUMO
A Barragem de Chaglla, localizada no Peru, faz parte das estruturas que compõem o
Aproveitamento Hidroelétrico de Chaglla, atualmente em construção, cuja potência
instalada será de 450 MW. Trata-se de uma barragem de enrocamento com face de
concreto de 210 m de altura e volume de 8.400.000 m³, que apresenta uma série de
particularidades que condicionaram o projeto, tais como o formato do vale com
ombreiras muito íngremes, o emprego de veda-juntas especiais e o uso tanto de
materiais não convencionais para este tipo de barragem.
O artigo apresenta as soluções adotadas para o projeto, com base no conhecimento do
estado da arte de barragens de Enrocamento com Face de Concreto de grande altura
que buscam garantir o adequado comportamento da barragem.
ABSTRACT
Chaglla Dam, located in Peru, is part of the Chaglla Hydroelectric Project and will have
an installed capacity of 450 MW. The Chaglla Concrete Face Rockfill Dam is 210 m
high, with a volume of 8.400.000 m³. The dam design has a set of particularities that
conditioned important design features, such as a narrow valley with a low shape factor
(A/H²), steep abutments, the use of a particular waterstop set and non conventional
material zoning.
In addition to the adopted design criteria, this paper presents solutions based on the
state of the art in dam design, adapted to the site conditions in order to guarantee the
best possible performance for the dam.
1. INTRODUÇÃO
A Usina Hidrelétrica de Chaglla está localizada no Peru, na borda dos Andes voltada
para a região da floresta Amazônica, no departamento de Huánuco. A construção foi
iniciada em abril de 2011 e tem previsão para entrar em operação no final do ano de
2015, o que representará cerca de 10% da geração de energia elétrica peruana.
A concessionária do aproveitamento é a empresa EGH (Empresa de Generación
Huallaga S.A.), a construção está a cargo da OPIC (Odebrecht Perú Ingeniería y
Construcción S.A.C.) e o projeto em desenvolvimento pela Intertechne Consultores
S.A.
O arranjo geral do empreendimento está apresentado na Figura 1.
TÚNEIS DO VERTEDOURO
TÚNEL DE ADUÇÃO
VERTEDOURO
TÚNEL DE DESVIO
PCH
BEFC CHAGLLA
Figura 1. Arranjo Geral do Aproveitamento Hidroelétrico de Chaglla
Para utilizar-se dos materiais de construção existentes nas proximidades, as condições
de arqueamentos resultante do formato muito fechado do vale e visando ainda suportar
de maneira segura as condições sísmicas locais, concebeu-se a solução da barragem
como sendo a de uma estrutura de enrocamento com face de concreto de 210m de
altura, cujo volume do aterro atingiu 8.400.000 m³ e comprimento de crista de 270m.
O desvio do rio Huallaga foi efetuado por um túnel não revestido situado na margem
esquerda com 1.113 m de comprimento em seção arco-retângulo e diâmetro de 12,5m.
O vertedouro, também situado na margem esquerda, foi concebido para uma vazão de
5.630m³/s (cheia máxima provável) e consiste em três túneis em seção arco-retângulo
de 14,75 m de diâmetro, com comprimento total de 2.518m e estruturas de controle
com comportas radiais situadas junto às saídas de jusante.
Adjacente às estruturas do vertedouro, estão localizados os túneis de adução da PCH,
com potencia instalada de 6 MW, e do circuito de geração principal, cuja extensão do
túnel é de aproximadamente 14,5km até a casa de força principal.
A Barragem de Enrocamento com Face de Concreto de Chaglla, objeto deste artigo,
apresenta uma série de particularidades que condicionaram o projeto, levando ao
emprego de soluções e práticas compatíveis com o atual estado da arte, onde se
buscou soluções de engenharia que garantam o comportamento adequado da
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2
barragem. São apresentados neste artigo além dos critérios de projeto adotados, os
resultados do modelo tridimensional de tensão e deformação e as soluções dos tipos
de veda-juntas que serão utilizados.
2. ASPECTOS GEOLÓGICO-GEOTÉCNICOS LOCAIS E TRATAMENTOS DE
FUNDAÇÃO
A Usina Hidrelétrica de Chaglla está situada em maciço rochoso pertencente ao grupo
Pucará, constituído predominantemente por rochas calcárias.
O vale do rio Huallaga, onde se encontra inserida a barragem, apresenta formato
geométrico assimétrico. No leito do rio e avançando na direção da ombreira esquerda
encontra-se um terraço aluvionar pouco espesso, enquanto que na margem oposta o
talude é formado diretamente por encosta rochosa bastante íngreme.
Em razão da geomorfologia do vale não há significativa cobertura de solo na região de
fundação da barragem.
Tendo em vista a pouca espessura constatada de aluvião no leito do rio, a solução
inicial com plinto flutuante foi substituída por bloco de concreto fundado diretamente em
calcário maciço. Em razão da morfologia local, nesta região se observou a presença de
juntas de alívio situadas numa faixa mais superficial da fundação, atingindo até uma
profundidade de cerca de 10,0 m. Abaixo deste horizonte a rocha se mostrou bastante
estanque.
Nesta faixa de maciço mais superficial aliviado, além da linha de injeção de
impermeabilização sob a projeção do plinto, foram realizadas injeções de
impermeabilização e consolidação ao longo de toda a área de projeção do bloco de
apoio.
Nas ombreiras o plinto ficou fundado em rocha menos alterada, em maciços de classes
II e III, segundo a classificação RMR de Bieniawski. O tratamento de fundação nessas
regiões foi concebido com uma linha central de impermeabilização mais profunda e
linhas adicionais de consolidação mais rasas.
3. PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DA BARRAGEM
Para a definição de dimensão e da superfície de fundação do plinto foram levados em
consideração a qualidade do maciço de fundação segundo a classificação RMR
(Bieniawski Classification), o respectivo gradiente hidráulico máximo suportado pelo
tipo de maciço rochoso, além do formato do vale com ombreiras íngremes com
inclinação média de aproximadamente 70° na margem direita e de 50° na margem
esquerda, conforme se constata na Figura 2.
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3
~50°
~70°
Figura 2. Vale do Rio Huallaga
De maneira a manter o gradiente hidráulico da ordem de 1/15 da carga de água
(compatível com a qualidade do maciço rochoso de fundação encontrado no local), e
para permitir um espaço que acomodasse as cortinas de injeção, o plinto típico
desenvolvido pela margem esquerda consiste em um tramo horizontal, e outro vertical,
conforme é apresentado na Figura 3. Já na margem direita, em função da forte
inclinação da ombreira, até a El. 1080 o plinto apresenta geometria similar à da
margem esquerda e acima desta cota foi efetuada uma transição geométrica, passando
da seção em “L”, para uma seção cujo todo o comprimento necessário fica alojado
numa estrutura vertical, cuja seção típica é mostrada na Figura 4.
Este ajuste da geometria do plinto além de permitir a redução de volume de escavação
da encosta, possibilitou também reduzir a altura das bancadas de escavação, solução
importante tendo em vista que todos os trabalhos foram realizados manualmente por
operários pendurados nas encostas em sistema de rapel.
Figura 3. Seção Típica do Plinto Margem Esquerda e Direita até El. 1080,00
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4
Figura 4. Seção Típica do Plinto Margem Direita acima da El. 1080,00
Quando dispostas as características do vale e módulo de deformabilidade do aterro de
enrocamento previsto no gráfico proposto por Pinto (2007), exposto na Figura 5, cujo
fator de forma (A/H², onde A= área da face de concreto e H=altura da barragem) é
bastante baixo, cerca de 1,50, é possível observar que Chaglla fica posicionada numa
zona do gráfico em que se requerem cuidados especiais para o projeto e execução da
barragem, tendo a linha azul como um divisor entre barragens que apresentaram
melhor desempenho das que mostraram algum tipo de incidente durante a operação.
Figura 5. Relação do Fator A/H² (Pinto, 2007)
Esta condição levou à necessidade de se privilegiar o uso de materiais mal graduados
e técnicas de construção que garantissem menores deformações e minimizassem os
efeitos de arqueamentos decorrentes da morfologia do vale.
A Figura 6 apresenta a seção típica da barragem com o zoneamento dos materiais, e a
Figura 7 a tabela dos materiais empregados e as respectivas espessuras adotadas
para as camadas de compactação.
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5
3A
2B
F
1B
4
3C
2A
T
3B
3D
3E
BLOCO DE CONCRETO
3Ca
Figura 6. Seção Típica da Barragem
ZONA
DESCRIÇÃO
φ MÁX. (cm)
FINOS %
1A
1B
2A
2B
3A
3B'
3B
3C
3C'
3Ca
3D
3E
SILTE - MATERIAL COLMATANTE
RANDOM
AREIA
TRANSIÇÃO ÚNICA
ENROCAMENTO DE ROCHA SÃ
CASCALHO NATUAL DO LEITO DO RIO
ENROCAMENTO DE ROCHA SÃ
ENROCAMENTO DE ROCHA SÃ
ENROCAMENTO DE ROCHA SÃ
ENROCAMENTO COM FINOS
ENROCAMENTO DE ROCHA SÃ
ENROCAMENTO FINO
BLOCOS DE ROCHA SÃ ARRUMADOS
NA FACE DE JUSANTE DA BARRAGEM
COM A MAIOR FACE NA HORIZONTAL
FILTRO
MATERIAL DE ROCHA
MEDIANAMENTE OU POUCO
ALTERADA OU FRATURADA
0,10
20,00
1,91 (3/4")
10,00
35,00
50,00
50,00
70,00
35,00
70,00
70,00
30,00
SEM FINOS
< 5%
< 8%
< 10%
< 8%
< 8%
< 5%
< 5%
< 10%
< 8%
< 10%
ESPESSURA DE
CAMADA (cm)
25 (SOLTA)
40 (SOLTA)
40,00
40,00
40,00
60,00
60,00
80,00
40,00
80,00
80,00
60,00
120,00
-
-
20,00
< 5%
40,00
35,00
< 15%
40,00
4
F
T
Figura 7. Tabela de Materiais e Espessura das Camadas de Compactação
Os materiais pétreos que estão sendo empregados no aterro da barragem são os
provenientes das escavações obrigatórias, pedreiras, e secundariamente de cascalhos
retirados da calha do rio, que pelo reduzido volume disponível estão sendo utilizados
nas regiões mais críticas da barragem.
Os materiais da barragem foram zoneados de maneira a criar uma zona gradual de
rigidez, sendo na ombreira direita, região com encosta muito íngreme, privilegiada a
colocação sob o plinto de um material de módulo de deformabilidade mais elevado que
os dos materiais adjacentes, denominado como cascalho 3B’, conforme indicado na
Figura 8.
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6
2B
CASCALHO
MATERIAL 3B’
2A
PLINTO
Figura 8. Materiais de Transição
Além dos materiais convencionais, foi empregado um material denominado como “T”,
constituído por rocha muito fraturada, com algum percentual de finos na zona “morta”
da barragem, afastado suficientemente do paramento de jusante para que não
influenciasse a condição de estabilidade da barragem.
Este material é composto por curva granulométrica ampla, elevado CNU (≥40), indícios
necessários para gerar um aterro compacto e com reduzido índice de vazios. Os dados
parciais de instrumentação durante o período construtivo estão confirmando se tratar
de um material de elevado módulo de deformabilidade como exposto adiante.
As medidas construtivas adotadas em Chaglla e empregadas nas barragens altas mais
recentes, visando garantir o comportamento adequado da barragem e alcançar
módulos de deformabilidade esperados, são as seguintes:
 Uso de espessura reduzida de lançamento de camadas,
 Emprego de rolos pesados (entre 18 t e 21 t – superior a 5 tf/m).
 Uso molhagem intensa durante o processo de espalhamento e compactação na
praça de trabalho, com volume entre 150 a 200l/m³.
Até o momento, cerca de 70% do aterro da barragem foi construído, e tem-se obtidos
reduzidos índices de vazios em todos os materiais, com valores em torno de 0,20 para
os materiais 3B e 3C, 0,30 para o material 3D e inferiores a 0,20 para os materiais de
cascalho 3B’ e para o material T.
Os resultados da instrumentação das caixas suecas apresentam valores de módulo de
deformabilidade superiores aos médios esperados, em torno de 100 MPa, chegando a
120 MPa para o material 3C, 145 MPa para o material 3B e superior a 250 MPa para o
material T.
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7
4. ESTUDO DE TENSÃO E DEFORMAÇÃO REALIZADOS
Para simular o comportamento da barragem considerando o efeito do vale, foram
realizados estudos de tensão e deformação tridimensional utilizando o MEF (Método de
Elementos Finitos), empregando-se o software MIDAS GTS.
Foi utilizado modelo elástico-linear, em 5 etapas de carregamento do aterro baseadas
na sequencia construtiva da barragem e por último a etapa de carregamento do
reservatório.
As análises indicaram dois resultados principais, o estado de tensão na face e os
efeitos de arqueamento do aterro, os quais possibilitaram promover ajustes importantes
de projeto, relacionados ao zoneamento e uso de materiais de construção, assim como
para definir as zonas de tração e compressão previstas para ocorrerem na laje.
A Figura 9 mostra a tendência de comportamento observada na região das lajes da
barragem, indicando as prováveis zonas com tendência de compressão e de tração, as
quais permitiram definir como dividir a face de concreto em lajes com 15m de largura
para a zona de compressão e lajes com 7,5m de largura para as zonas de tração,
configurando um sistema reticulado para absorver as tensões e deformações que serão
impostas pelo reservatório.
Na margem direita é possível observar tensões mais elevadas decorrentes da elevada
inclinação dessa encosta (acentuadas pela cor vermelha), justificando o emprego de
material mais rígido nesta região (material 3B’), já apresentado na Figura 8.
CRISTA DA BARRAGEM
ZONA DE TRAÇÃO
(MARGEM ESQUERDA)
ZONA DE
COMPRESSÃO
ZONA DE TRAÇÃO
(MARGEM DIREITA)
Figura 9. Tensões na Face da Barragem
Apesar da forte inclinação da encosta, o efeito de arqueamento do aterro no sentido
transversal (ombreira-ombreira) não é tão expressivo devido a geometria trapezoidal do
vale com largura do leito do rio entre 30 e 40m.
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8
Já a forma de “silhueta” existente na fundação da barragem quando se caminha no
sentido montante-jusante, mostra uma maior influencia resultando num efeito de
arqueamento no sentido do fluxo, como pode ser observado nas Figuras 10 e 11, em
que ocorre concentração de tensões na região do filtro e na porção de jusante do
aterro.
Em razão da barragem estar situada em zona de elevada sismicidade, o efeito
mencionado no sentido montante-jusante poderá ser benéfica à estrutura, gerando uma
condição de travamento natural, o que deve minimizar os possíveis efeitos deletérios
causados por um terremoto.
FLUXO
EL. ~1040,00
Figura 10. Seção Transversal – Tensões Verticais
FLUXO
PLANTA EL. ~1040,00
Figura 11. Planta El. ~1040 – Tensões Verticais
5. VEDAJUNTAS ADOTADOS
O sistema de veda-juntas desenvolvido para a Barragem de Chaglla levou em
consideração o uso de elementos múltiplos, combinando materiais já empregados nas
barragens mais recentes de grandes alturas, como Shuibuya, Nam Ngum 2, Paute
Mazar e Bakun, com ajustes e soluções inéditas. Tais recomendações foram expressas
pelos autores Pinto e Materón [6], [9].
As soluções dos tipos de veda-juntas foram definidas considerando-se a previsão de
condições severas de funcionamento da barragem, tendo em vista a altura da
barragem, formato do vale e pelo fato da mesma estar inserida numa zona com
elevado potencial sísmico.
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9
São apresentadas na sequência as soluções dividas por local e tipo de aplicação.
5.1
JUNTA PERIMETRAL
O veda-junta perimetral é constituído por um elemento de cobre na parte inferior da
laje, uma placa de material compressível, EPDM, entre a laje e o plinto, além de um
sistema externo de proteção desenvolvido especialmente para Chaglla. Detalhes deste
veda-junta podem ser vistos na Figura 12.
Na margem direita, em razão da conjunção de altura da barragem / formato do vale e
da forte inclinação do talude da margem direita, as estimativas de aberturas de juntas
nas zonas tracionadas resultaram em aberturas da ordem de 25 cm, portanto, os vedajuntas foram concebidos para absorver tal nível de deformação.
O veda-junta na parte superior da interface laje / plinto combina um elemento
corrugado de EPDM, sustentado por uma trama de tecido, a aramida, cujo material é o
mesmo utilizado para a confecção de coletes à prova de bala. Este veda-junta,
mostrado na Figura 13, é denominado como Ômega e foi desenvolvido pela empresa
Jeene. Em testes realizados em laboratório o veda-junta suportou a abertura prevista
com cargas que atingiram cerca de 1,5 vezes a carga do reservatório (300 mca ante
200mca), o que somente é possível pela incorporação da aramida ao sistema.
Além dos dois veda-juntas mencionados, a junta perimetral conta com mais um
elemento de proteção externa constituído por material elástico, denominado JE-210,
confinado por uma manta de EPDM.
MANTA EPDM
JE-210
LAJE DE CONCRETO
VEDA-JUNTA
CORRUGADO
ÔMEGA +
MANTA
ARAMIDA
PLACA EPDM
COBRE
PLINTO
Figura 12. Junta Perimetral
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10
VEDAJUNTA
CORRUGADO
ÔMEGA (EPDM)
CILINDRO DE
NYLON
MANTA TECIDO
ARAMIDA
Figura 13. Detalhe Veda-junta Corrugado Ômega
5.2
JUNTA DE TRAÇÃO
O vedajunta previsto entre lajes nas zonas de tração da face são similares aos que
estão sendo instalados na junta perimetral e descrito no item 5.1. A única diferença é a
substituição do elemento superior do vedajunta, constituído por material elástico – GB
confinado por manta de EPM-GB na junta perimetral, por um material colmatante
constituído por “fly-ash” confinado por um elemento metálico em forma de meia-cana,
conforme mostrado no detalhe da Figura 14. Este tipo de veda-junta é largamente
utilizado nas barragens altas construídas no México como La Yesca (208 m de altura) e
El Cajón (189 m de altura).
VEDA-JUNTA
CORRUGADO
ÔMEGA +
MANTA
ARAMIDA
PROTEÇÃO
METÁLICA
FLY-ASH
Figura 14. Junta de Tração
5.3
JUNTA DE COMPRESSÃO
Nas juntas de compressão o sistema foi concebido com base na determinação de uma
previsão de compressão entre lajes adjacentes, onde se concluiu que a abertura da
junta deve ser de 4,2 cm, de modo a permitir o deslocamento da laje em região de
compressão da face sem que cause um contato entre lajes e a transmissão de tensões
muito elevadas entre elementos adjacentes.
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Entre as lajes está sendo instalado um vedajunta constituído por EPDM, concebido
para absorver a maior parte das tensões de compressão sem que sejam transmitidos
às bordas das lajes de concreto adjacentes.
Este elemento foi fabricado para suportar tensões de compressão de até 17 MPa, com
deformação de 50%, para evitar transmitir essas tensões para as bordas das lajes de
concreto adjacentes.
No sentido de aumentar a segurança entre lajes nas zonas comprimidas, nas bordas
das lajes está sendo instalada uma armadura de reforço (anti-spalling) para combater
os eventuais esforços de compressão e evitar o esmagamento da laje.
Um detalhe dos veda-juntas previsto nas zonas de compressão é apresentado na
Figura 15.
PROTEÇÃO
METÁLICA
FLY-ASH
EPDM
Figura 15. Junta de Compressão
Adicionalmente, no trecho onde a laje estará submetida aos maiores esforços
transmitidos pelo reservatório, e às condições mais severas de deformação, está sendo
lançada uma camada de material colmatante até a El. 1100, sobre toda a face de
montante.
6. AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem à Intertechne Consultores S.A. por disponibilizar os dados
utilizados neste trabalho, à EGH (Empresa de Generación Huallaga S.A.) e OPIC
(Odebrecht Perú Ingeniería y Construcción S.A.C.) pela autorização do uso dos dados
referente a sua obra.
7. PALAVRAS-CHAVE
Barragem de Enrocamento com Face de Concreto, tensão e deformação, veda-juntas.
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8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] CRUZ P. T., et al. (2009) Concrete Face Rockfill Dams, Oficina de Textos, São
Paulo.
[2] JINSHENG J., et al. (2009) Modern Rockfill Dams, China Institute of Water
Resources and Hidropower Research, China.
[3] CONCRETE FACE ROCKFILL DAMS: Concepts for design and construction,
Commission Internationale des Grands Barragens, Paris, 2010.
[4] STRAUBAAR R., et al. (2009) Design Considerations of a High Rockfill Dam Nam
Ngum 2 CFRD, Lao PDR, The 1st International Symposium on Rockfill Dams,
China.
[5] JUTAO H., et al, (2010) Adaptability of Slab Joint Waterstops to Very High CFRDs,
Hydropower & Dams, Issue One.
[6] PINTO, N.L.S. (2009) The Design and Construction of Extra High CFRDs,
Hydropower & Dams, Issue Three, 2009.
[7] MARTÍN L. S., et al. (2011) Vertical Plinth Desing in Ancoa Dam, The Second
International Symposium on Rockfill Dams, Rio de Janeiro.
[8] PINTO, N.L.S. (2007) Very high CFRD dams – Behavior and design features. In: III
Symposium on CFRD-Dams Honoring J. Barry Cooke.
[9] MATERÓN, B., et al. (2011) Considerations on the Seismic Design of High
Concrete Face Rockfill Dams (CFRDs), Icold.
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