AVALIAcAO DA ESTABILIDADE DAS ENCOSTAS DO RESERVATORIO DA UHE MIRANDA Jose Carlos Virgili Antonio Carlos Magalhaes ESC Consultoria e Engenharia Ltda. Rua Gonsalves Dias, 3.172 - 3° andar CEP.: 30.140-093 - Belo Horizonte - MG E Mail: [email protected] RESUMO O reservatorio da UHE Miranda e circundado por encostas basalticas (principalmente) e gnaissicas . Estas encostas tem declividade media de 30° e maxima de 50-60°. Estao recobertas quase que totalmente por coluvios basalticos argilosos, pouco susceptiveis a erosao. Analises de estabilidade feita para estas encostas , para verificar o seu comportamento quando da implantacao do reservatorio , (geologicos, geotecnicos , geomorfologicos , considerando todos os aspectos pertinentes pedologicos , use e ocupacao do solo. instabilidades ja instaladas , deplecao do reservatorio ), mostraram que as encostas sao estaveis, nao devendo apresentar processos de ruptura relevantes apos o inicio de operarao da hidreletrica . Esse projeto integra o Plano de Controle Ambiental - PCA, apresentado pela CEMIG e aprovado pelo Conselho Estadual de Politica Ambiental - COPAM, dentro do processo de licenciamento ambiental em curso nesse orgao. I - INTRODU4AO O trabalho apresenta resumidamente os estudos efetuados e resultados obtidos para a avaliacao dos processos erosivos e da estabilidade das encostas, nas areas do entorno do reservatorio da UHE Miranda. apos a implantacao do lago. Os servicos foram coordenados pela IESA - Internacional de Engenharia S.A. e desenvolvidos . no periodo de novembro de 1995 a marco de 1996, em parceria com a ESC .\'.\7/ Senrinririo Nacional de Grandes Barragens 125 Consultoria e Engenharia Ltda. em estreita interacao corn a equipe tecnica da CEMIG. responsavel pelos estudos e projetos ambientais. 2 - ALGUNS DADOS DO EMPREENDIMENTO A UHE Miranda, pertencente a CEMIG - COMPANHIA ENERGETICA DE MINAS GERAIS, e atualmente em final de construcao, esta localizada no rio Araguari, sudoeste do Estado de Minas Gerais, ocupando areas dos municipios de Uberlandia , Uberaba, Indianopolis e Nova Ponte . fazendo parte de um conjunto de empreendimentos , formados pelas UHE's de Nova Ponte ( em operacao ) a montante e Capim Branco (a construir) a jusante (Figura 1). O reservatorio sera formado por uma barragem de terra e enrocamento, corn uma crista de 1.050 m de comprimento, situada a cota 699 m e com 79 m de altura maxima, cobrindo uma area de 50 km2 no seu nivel d'agua maximo normal, num comprimento aproximado de 85 km. Com a operacao da UHE Miranda o nivel de agua do reservatorio tera oscilacoes ao longo do ano. caracterizando uma faixa de deplecao, tendo como limites os seguintes niveis: N.A. minimo normal = 693,00 m; N.A. maximo normal = 696,00 m. Em valores aproximados o N.A. do reservatorio estara acima da cota 693,00 m em 100% do tempo, em 50% do tempo estara acima da cota 695,7 m e em 93% do tempo estara acima da cota 694,5 m. 0 reservatorio tera uma faixa de deplecao de 3,0 m, oscilando, na maior pane do ano, entre as cotas 694.5 m e 696,0 m. A velocidade de deplecao sera baixa, da ordem de 20 - 30 cm/mes. 3 - NIETODOLOGIA 3.1 - Fases de Estudo Para o desenvolvimento dos estudos adotou-se a seguintes sequencia de estudos: definicao da area de estudo, situada aproximadamente entre a cota 693,0 m (reservatorio) e 800,0 m; levantamento e consulta a bibliografia e cartografia existente; fotointerpretacao geolbgica e geomorfologica preliminar para identificacao dos dominios geologicos, geotecnicos e geomorfologicos dos locais ja impactados ou susceptiveis a fenomenos erosivos, a escorregamentos de encostas e a erosao por embates de ondas de origem eolica; cadastramento de formas de use e ocupacao dos solos; levantamentos inicial de campo visando aferir a totointerpretacao executada, formular preliminarmente os modelos de interesse, orientar uma 126 XXI I Seminbrio Nacionai de Grandes Barragens nova Ease do detalhamento da fotointerpretacao, identificar e caracterizar preliminarmente as feicoes erosivos e de instabilidade de encostas; fotointerpretacao conclusiva visando a consolidacao dos dominios e modelos, identificacao dos locais portadores de erosao, selecao de encostas passiveis de ocorrencia de escorregamentos. A pre-selecao de encostas para estudo mais detalhado de campo foi feita a partir de suas declividades. Foram selecionadas para estes estudos aquelas corn declividades superiores a 25° num total de 45; levantamento conclusivo de campo visando o detalhamento dos aspectos geologicos, geotecnicos, geomorfologicos, pedologicos, de use e ocupacao do solo; caracterizagdo detalhada dos focos erosivos e das encostas passiveis de escorregamentos, quanto as suas causas, previsao de evolucao e criticidade; consolidacao dos modelos geologico, geotecnico, geomorfologico e pedologico; elaboracao de mapas tematicos; analise de estabilidade das encostas; elaboracao de mapas com as areas de risco quanto a escorregamento de encostas e solapamento por embate de onda, com graduacao de criticidade, areas portadoras de erosao. 3.2 - Caracterizacao da Area • Geologia e Geotecnia A area e constituida basicamente por basaltos que constituern a unidade geologica mais importante para os estudos. Gnaisses ocorrem localizadamente na porcao jusante do reservatorio. nas proximidades da barragem, e tambem na porcao montante, proximo a UHE Nova Ponte. A unidade basaltica e composta por quatro derrames, quase sempre intercalados por camadas centimetricas a metricas de arenito silicificado. A1em do arenito, observa-se entre os derrames ocorrenci.as de basalto amigdoloidal, quase sempre mais intemperizado que os outros niveis basalticos. A diversidade de derrames associados aos basaltos confere ao relevo o aspecto escalonado, estando as areas planas no contato entre os derrames, e as escarpas ou encostas de major declividade, desenvolvidas num tinico derrame. A area dos entornos do reservatorio encontra-se praticamente toda recoberta por solos coluvionares argilosos. de proveniencia basaltica, que estao assentados sobre solo residual, saprolito, substrato rochoso basaltico (predominante) ou gnaissico. Estes solos estao descritos resumidamente a seguir. Os parametros de resistencia (coesao e angulo de atrito) e peso especifico associados foram estimados a partir de bibliografia, principalmente do projeto da UHE Nova Ponte, e tambem com base na experieneia tecnica da equipe que desenvolveu os estudos, adquirida em I Sentintirio Naeional de Grandes Barragens XX/ 127 trabalhos realizados em macicos semelhantes. Os valores utilizados foram adotados considerando-se tambem a escala do estudo em questao, ou seja, encostas com pequenas espessuras de solo, cujos valores de SPT sao inferiores a 10 golpes. - solos aluvionares : sao restritos no dominio do reservatorio em estudo. Os depositos ativos ocorrem no leito do rio Araguari , atualmente sendo explorados como material de construFao em diversos pontos do trecho estudado; sAo, neste caso , bastante arenosos. Ocorrem ainda os terracos aluvionares antigos , compostos por areias, argilas e siltes, na forma de platos pouco extensos , alcados logo acima do leito do rio. Todos os aluvioes serao totalmente inundados pelo reservatorio. - solos coluvionares : sao os solos mais importantes para o estudo em questao; recobrem praticamente toda a area de interesse ; tern proveniencia basaltica e constituicao argiloarenosa ou argilo-siltosa, com presenca, em alguns locais, de fragmentos de rocha de diferentes dimensoes (diametro maximo de 30 cm ) e estagios de decomposicao; sua espessura varia em geral de 4 m nas encostas mais suaves a poucos centi : metros nas encostas mais ingremes ; cor marrom avermelhada; coesao de 2,0 tf/m2, angulo de atrito de 25° e peso especifico de 1,6 tf/m3. Quando no dominio dos gnaisses , o horizonte coluvionar , tambem de proveniencia basaltica, mas com alguma influencia de fonte gnaissica . tem constituicao predominante argilo-arenosa e os parametros de resistencia c indice fisico sao: coesao de 2,0 tf/m2 , angulo de atrito de 27° e peso especifico de 1,6 tf/m3. Em ambos os casos estes solos tern Como caracteristica geotecnica marcante, principalmente para o estudo em questao , a sua baixa susceptibilidade a erosao. solo residual maduro de basalto: aparece abaixo do coluvio e e muito semelhante a este, a excecao da presenca de fragmentos de rocha imersos na matriz argilosa . Na maior parte dos casos a muito dificil a distincao entre estes dois tipos de solo. Para efeito da estimativa de espessura , considerou- se este horizonte de solo residual como parte do horizonte de coluvio, isto e , as espessuras estimadas para este ultimo englobam os dois horizontes. Tern coesao de 2,0 tf/m2, angulo de atrito de 2 5° e peso especifico de 1,7 tf/m3. A semelhanca do horizonte coluvionar . a muito pouco susceptive ] a erosao. solo residual jovem de basalto : aparece abaixo do horizonte constituido pelo coluvio/solo residual maduro de basalto . Em muitos locais, principalmente naqueles de topografia mais ingreme . este solo praticamente nao aparece. ou tern espessura muito pequena, com o coluvio/solo residual maduro estando assentado diretamente sobre o macro rochoso. Nits /28 XX/l Semindrio Nacional de Grandes Barragens encostas mais suaves, inferiores a 30°, sua espessura a de cerca de 2 m. Tern constituigao argilo-siltosa a areno-argilosa (areia fina), cor vermelho arroxeado/amarelado, coesao de 1.5 tf?m , angulo de atrito de 30° e peso especifico de 1,7 tf/m3. E medianamente a pouco susceptive] a erosao. solo residual maduro de gnaisse: como no caso do solo residual de basalto, este horizonte e muito semelhante ao coluvio, sendo dificil a distingao entre os mesmos. Sao, no entanto, mais espessos, devido ao dominio dos gnaisses ser caracterizado por uma maior tendencia a decomposigao do que os basaltos. Tern coesao de 0,5 tf/m`, angulo de atrito de 29° e peso especifico de 1,7 tf/m3. E muito pouco susceptivel a erosao. solo residual jovem de gnaisse: nao foram considerados no estudo, apesar de serem muito susceptiveis a erosao. Aparecem no entanto em encostas suaves e recobertos por grandes espessuras de solos argilosos (coluvios e/ou solos residuals maduros de basalto ou <gnaisse), que impedem a sua exposigao. talus: no dominio dos basaltos podem ocorrer alguns raros depositos de talus. Sao pouco espessos (1 a 2 m) e com blocos pequenos (diametro de ate 30 cm). No dominio dos basaltos , principalmente nas encostas mais suaves , o contato do solo residual com o macigo rochoso e transicional . Entre estes dois horizontes aparece um saprolito constituido por uma mistura de solo com blocos de rocha medianamente a muito decomposta. Abaixo deste aparece o macigo rochoso, com sua pane superior muito ou medianamente alterada e muito fraturada. Sao frequentes , principalmente nas encostas corn declividade maior que 40-45°, os afloramentos de rocha sem nenhuma cobertura ou entao sob delgada camada de coluvio ( no maximo 50 cm). Em muitos casos esta rocha , quando muito decomposta e fraturada apresenta processo de esfoliagao esferoidal de blocos. As espessuras dos solos sao variaveis , dependendo da declividade da encosta e de sua origem. As encostas menos ingremes apresentam maiores espessuras de coluvio e de solo residual. 0 dominio gnaissico e caracterizado por uma maior tendencia a decomposigao que os basaltos e o seu horizonte de solo residual normalmente e mail espesso e suas encostas bastante suaves, com declividades inferiores a 25°. Para efeito das analises e de acordo com as observagoes de campo estabeleceu-se uma correlagao aproximada e conservadora , para efeito de estabilidade , entre a declividade das encostas e espessuras dos solos, conforme apresentado adiante no item 3.4.1. .\"\7l Semin4rio Nacional de Grandes Barragens 129 As areas de gnaisse, por terem uma declividade media muito baixa, na faixa de proximidade as bordas do reservatorio, nao sao propensas ao fenomeno de escorregamento e nao foram consideradas para analises deste tipo de fenomeno de instabilidade. A maior espessura do pacote de solo estudado refere-se ao coluvio/solo residual maduro. A espessura de solo residual jovem raramente ultrapassa 2 m. o mesmo acontecendo com a espessura de saprolito. • Geomorfologia Na area de interesse a unidade geomorfologica de maior significado frente a implantacao do futuro reservatorio e a de vertentes convexas e patamares estruturais . Sao zonas de encostas convexas ingremes e patamares estruturais escalonados evoluidos durante o Quaternario sobre rochas basalticas cretaceas , predominantemente recobertas por decomposicoes argilosas "in situ". pouco espessas, corn afloramentos rochosos e rampas de coluvio argilosos. • Pedologia Predominam na area do estudo os solos corn horizonte B textural, ou seja, terra roxa, e podzolicos. seguidos dos latossolos e cambissolos. Os solos com horizonte B textural apresentam como principal caracteristica um incremento do teor de argila do horizonte A para o B. A argila transloca-se do horizonte A, depositando-se nas superficies das estruturas (agregados) do horizonte B, formando a cerosidade. Esta caracteristica dificulta a infiltracao da agua favorecendo o processo de erosao da camada aravel (30 cm). A diferenca neste caso entre a terra roxa e os podzolicos a devida ao material de origem, o primeiro a originario do basalto e o seguindo a relacionado com as rochas do embasamento (gnaisse). • Uso e ocupac ao do solo Predominam na area as ocupacoes por pasto e pasto sujo ( 88%), seguidas por mata/capoeira. As areas cultivadas ou ocupadas por reflorestamento significam apenas 3% da area do entorno do reservatorio. • \'entos e ondas A principal direcao dos ventos tem azimute 225°, com velocidade media de 13 km/h e mLixima de 80 km/h. Este posicionamento medios dos ventos indica que podera ocorrer XXII Seminario Nacional de Grandes Barragens /.?(I I formaFao de ondas direcionadas de nordeste para sudoeste. Os ventos de nordeste sao aproximadamente perpendiculares ao cixo de major alongamento do reservatorio, indicando que em locais onde o lago encontre-se encaixado, a acao dos ventos na formacao de ondas sera bern reduzida devido ao bloqueio topografico do confinamento do reservatorio. 0 direcionamento dos ventos para o azimute 225° podera gerar ondas que afetarao mais efetivamente a margem esquerda do reservatorio (Figura 1). Para calculo das dimensoes das ondas foram selecionadas duas encostas, mapeadas como tendo possibilidade de escorregamento e, situadas frontalmente a direcao dos ventos dominantes. Uma das areas tem uma grande extensao de reservatorio defronte ela e foi considerada , a princIpio. como mais crjtica em termos de formacao de ondas e a outra, com pequena extensao de reservatorio frontal. como pouco critica. Os valores maximos de altura de ondas obtidos foram de 1.76 m para a primeira encosta e de 0,70 m para a segunda. 3.3 - Indjcios de Instabilidade A Area de Entorno do reservatorio a caracterizada pela ocorrencia de sulcos e ravinas, ao longo de parte de sua extensao. Associada quase sempre as encostas recobertas por rampas de coluvio argilo-arenosos ou argilo-siltosos de origem basaltica , utilizadas para pastagens, a erosao ocorre mais comumente em locais com declividades que variam entre 15 e 30°. A origem do processo erosivo esta associada, inicialmente, ao desmatamento e use intensive da area por pastagens. que. com o pisoteio. favorece o processo de rastejamento do solo. 0 solo desprotegido e saturado e movimenta-se muito lentamente encosta abaixo. 0 rastejo ocorre preferencialmente em segmentos suavemente concavos das encostas, onde se concentra o escoamento pluvial. A saturacao do pacote de coluvio / solo residual maduro, principal causador do rastejo. tem como superficie de base a rocha subjacente, mais impermeavel. Os rastejamentos sao acompanhados por abatimentos do solo, estando quase sempre desenvolvidos em sequencias lineares de alta a baixa encosta. As trincas geradas por estes processor fztvorecem a concentracao da agua das chuvas e o injcio dos sulcamentos, que podem evoluir para ravinas. Nao verificou-se no campo, na area de interesse ou proximo dela. nenhum escorregamento de qualquer porte, mesmo em locais ja afetados por awes antropicas (estradas. culturas. etc.). X.\71 Seminririo N'acional de Grandes Barragens 131 3.4 - Analises de Estabilidade 3.4.1 - Premissas basicas Para a execucao das analises foram adotadas as seguintes premissas: • Declividade das encostas x espessura de solo: de acordo corn o observado no campo e apresentado anteriormente adotou-se, simplificadarnente e conservadoramente a relacao apresentada na Tabela 1. TABELA1 DECLIVIDADE DAS ENCOSTAS x ESPESSURA DE SOLO DECLIVIDADE (°) ESPESSURA MEDIA DE SOLO (m) Maximo Minimo 30 20 5 40 30 3 50 40 1 - 50 0,5 • Tipo e caracteristicas do solo : para a elaboracao das analises de estabilidade considerouse. conservadoramente , que todo o horizonte de solo a constituido por coluvio/solo residual maduro . Este tipo de solo, tern resistencia global ao cisalhamento inferior a do solo residual j ovem e/ou saprolito subjacente. • Altura do escorregamento : considerou- se que a altura maxima de urn eventual escorregamento seria de 10 m. De urn modo geral , a partir desta altura, o relevo torna-se ingreme devido a presenca das escarpas basalticas , corn a rocha estando praticamente aflorante. • Fator de seguranca : o fator de seguranca usualmente considerado como minimo aceitavel para encostas como as do reservatorio da UHE Miranda (pequenas alturas susceptiveis a escorre(,amentos , baixa espessura de solo. inexistencia de sinais previos de instabilidade. 132 XXII Semindrio Nacional de Grandes Barragens I reservatorio estreito e com baixa deplerao, talude de pequena responsabilidade, ou seja, cuja ruptura nao acarretara grandes danos) e de 1,1. • Modelos de Analise: em funcao do modelo geotecnico determinado para as encostas do reservatorio (taludes com altura sujeita a instabilizacoes de cerca de 10 m, apresentando horizonte superficial de coli vio/solo residual maduro, sobreposto a material mais resistente), pode-se classificar os potenciais mecanismos de ruptura como caracteristicas de escorregamentos translacionais de solo. • Metodos de Analise: o metodo de analise de Janbu para analise de estabilidade de superficies nao circulares planares e adequado para o caso em questao, permitindo ainda avaliar a sensibilidadc do coeficiente de seguranca das encostas a diferentes situacoes de nfveis freaticos e, consequentemente, de poropressoes no interior do macigo. • Parametros para analise: foram considerados nas analises os parametros de resistencia e indices fisicos abaixo apresentados, e discutidos anteriormente. coesao: 2,0 Kgf/m` angulo de atrito:25° condicoes de saturacao: total, correspondendo ao abaco 5 de Hoek e Bray parcial com o nfvel freatico interceptando o talude a 1/3 da altura (abaco 3 - Hoek e Bray) parcial, com o nfvel freatico interceptando o talude no pe (abaco 2 - Hoek e Bray) 3.4.2 - Resultados Obtidos Os resultados obtidos das analises de estabilidade das encostas estao apresentados na I ahela .V.V// Se,ninririo Naeional de Grander Barragens 133 TABELA2 RESULTADOS DAS ANALISES DE ESTABILIDADE SITUACAO DE ANALISE FATOR DE SEGURANCA ALTURA TALUDE (m) ANGULOTALUDE (°) ESPESSURA SOLO (m) COND .SATURACAO METODO JANBU 30° 5,00 20° 40° 3,00 10,00 30° 50° 1,00 400 50° 0,50 (1) 1,24 (2) 1,69 (3) 1,87 (I) 1,83 (2) 2,39 (3) 2.63 (1) 1,10 (2) 1,50 (3) 1,63 (1) 1,43 (2) 1,73 (3) 2,04 (I) 1.55 (2) 2,02 (3) 2,10 (1) 2,04 (2) 2,43 (3) 2,56 (1) 3,00 (2) 3.39 (3) 3,48 Lc,,enda: (1) Total (abaco 5 - Hoek e Bray). ( 2) Parcial com o nivel freatico interceptando o talude a 1 /3 da altura (abaco 3 - Hoek e Bray). (3) Parcial com a freatica interceptando o talude no pd ( abaco 2 - Hoek e Bray). 4 - AVALIAcAO DE RISCO Com base nas observacoes de campo, nos resultados das analises de estabilidade efetuadas e na experiencia da equipe tecnica foi criada uma escala de criticidade da estabilidade das encostas. considerando-se os diferentes fatores intervenientes, visando obter a percepcao da potencialidade da ocorrencia de rupturas. 134 X // Seminbrio Nacional tie Grandes Barragens Alto risco: muitos sinais de rastejo e erosao em toda a encosta ; declividade em torno de 30-40°; espessura de solo de 3 a 5 m: fator de seguranca inferior a 1,1; volume mobilizado grande , em caso de escorregamento : encosta sujeita a solapamento basal causado por ondas formadas pelo vento: vegetacao tipo pasto. Baixo risco: pouco ou nenhum sinal de rastejo: declividade inferior a 30° ou superior a 50°; espessura de solo inferior a 3 m; fator de seguranca superior a 1,1; volume mobilizado pequeno em caso de escorregamento; encosta pouco sujeita a solaparnento basal causado por ondas; formadas pelo vento; vegetacao mais densa (mata, capoeira). Considerou-se como de medio risco situacoes intermediarias entre as duas apresentadas acima. De acordo com este criterio apenas 9 encostas foram consideradas como de medio risco e o restante de baixo risco. 0 fator preponderante pars a classificacao das primeiras foi o embate de ondas. 5-CONCLUSOES Das observacoes de campo efetuadas e dos resultados obtidos das analises de estabilidade pode-se concluir em relacao a avaliacao de risco que: a probabilidade de ocorrencia de rupturas nas encostas marginais ao reservatorio a muito pequena. Mesmo considerando-se uma situa4ao conservadora em termos de seguranca , como aquela de declividade superior a 30°. espessura de solo de aproximadamente 5 m e saturacao total da massa eventualmente propensa a escorregamento , o fator de seguranrca e superior a 13. Os solos que capeiam as encostas. nas proximidades da linha do reservatorio sao muito pouco susceptiveis a erosao. Deste modo. mesmo com a ocorrencia de ondas formadas pelo vento , o eventual solapamento do pe das encostas sera minimizado pela caracteristica de resistencia do solo a este fenomeno. Caso eventualmente venha a ocorrer alguma ruptura , esta mobilizara um volume pequeno de material pots a espessura maxima na area de solo na area de interesse e de aproximadamente 5 I'll. .C:\71 Semindrio Nacional de Grandes Barragens 135 6 - 13113LI OGRAFIA CEMIG. UHE Nova Ponte/Estudo sobre direcao dos ventos em Nova Ponte . s.1.,1995. CEMIG/DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL DE GERAccAO. 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