Incidentes Geológicos: Investigações
Geológico - Geotécnicas e a Implicação
nos Custos de PCH’s
PALESTRA TÉCNICA
ROMERO CÉSAR GOMES – NUGEO / UFOP
JOSÉ HELI DE ALMEIDA – TONIOLO, BUSNELLO
Incidentes Geológicos: Investigações
Geológico - Geotécnicas e a Implicação
nos Custos de PCH’s
CONTEXTUALIZAÇÃO
Um aproveitamento hidrelétrico do tipo PCH pode induzir a idéia de se tratar
de um empreendimento de pequeno porte em relação a projetos de grandes
usinas hidrelétricas. Na verdade, uma PCH constitui uma obra específica e
complexa, que pode incorporar grandes estruturas de barramento e cujos
projetos são comumente afetados por condicionantes hidrológicos e
geológico-geotécnicos tão críticos quanto os de outros projetos de maior
porte.
No caso de uma PCH, estas condicionantes incorporam a condição específica
de se tratar de um empreendimento envolvendo prazos consideravelmente
menores e recursos financeiros muito mais limitados para a elaboração dos
projetos.
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nos Custos de PCH’s
CENÁRIOS
 Na implantação de um projeto de PCH, é natural e inevitável que ocorram
discrepâncias entre o planejado e o construído (Projeto Básico x ‘obra como
construída’).
 Tais discrepâncias devem ser mantidas dentro de limites admissíveis, de
forma que os impactos decorrentes não sejam significativos, a ponto de
comprometer seriamente os cronogramas e/ou os custos globais do
empreendimento.
 A prática atual em projetos de PCH’s tem demonstrado que estes impactos
vão muito além destes ‘limites admissíveis’, com interferências substanciais
no andamento previsto da obra. Tais implicações têm levado a uma profunda
rediscussão dos modelos vigentes de contratos de grandes obras,
especialmente aqueles formalizados por preço global (modelo EPC).
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nos Custos de PCH’s
PREMISSAS
 Caracterização do ‘risco geológico potencial’ do projeto (o risco geológico
entendido como uma premissa de projeto)
 O conceito de risco geológico está condicionado à qualidade e à
quantidade das investigações realizadas: menos investigação qualificada,
maior o risco de se defrontar com os chamados ‘incidentes geológicos’.
 Formulação de um Modelo Geológico Básico para a Obra: compatibilização
entre o risco geológico aceitável e a investigação geológica pertinente na
contratação da obra de uma PCH.
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nos Custos de PCH’s
Neste trabalho, são analisados e quantificados os impactos decorrentes dos
‘incidentes geológicos’ no contexto de 5 diferentes empreendimentos de
PCH’s, cujas obras geotécnicas foram executadas pela mesma empreiteira.
Em todos os casos estudados, o acesso direto às fundações, após a fase de
desvio do rio, mostrou realidades muito distintas daquelas previstas nos
estudos do Projeto Básico, com variações expressivas da locação do topo
rochoso inferido e devido á presença de feições geológicas locais não
detectadas previamente nas fases de investigação do sítio dos barramentos.
 PONTE
 PALESTINA
 TRIUNFO
 CACHOEIRA ENCOBERTA
 GRANADA
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Belo Horizonte
Minas Gerais
Espírito Santo
Rio de Janeiro
Juiz de Fora
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INFORMAÇÕES GERAIS DA PCH PONTE







Potência: 24,4 MW
Queda Bruta: 56,8 m
Início da Obra: Fev/2002
Início da Operação Comercial Grupo I: Maio/2003
Início da Operação Comercial Grupo II: Maio/2003
Comprimento da Crista: 161,00
Altura Máxima do Barramento: 32,00 m
Incidentes Geológicos: Investigações
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Investigação Geológico-Geotécnica na Fase do Inventário
 mapeamento geológico-geotécnico da área na escala 1:1.000
 5 sondagens rotativas (SRPO-01 a SRPO-05)
 21 sondagens mecânicas mistas (SM-01 a SM-21; SM-13 e 14 inclinadas de 300)
 perfuração de 236,75 m em solo e 476,55 m em rocha
 ensaios SPT e de infiltração nos trechos em solo
 142 ensaios de perda d’ água nos trechos em rocha
 instalação de 02 medidores de NA em cada ombreira
 execução de 01 poço na OD para coleta de amostras indeformadas
 coleta de amostras de rocha sã em afloramentos da OE
 séries de ensaios de laboratório em amostras em solos, rochas e em testemunhos de
sondagens mistas
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Investigação Geológico-Geotécnica na Fase do Inventário
Incidentes Geológicos: Investigações
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Arranjo Geral das Estruturas da PCH Ponte
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Incidente Geológico I: Presença de Juntas de Alívio Preenchidas com
Material Alterado na Fundação da Barragem da PCH Ponte
A exigência de fundação em rocha sã para a implantação da barragem de
CCR (alternativa selecionada) obrigou a remoção controlada, por meio de
explosivos, de toda a camada de rocha sobreposta a esta zona, cuja
espessura, da ordem de 30 a 50 cm, poderia induzir recalques, além de
comprometer a estanqueidade da fundação.
Incidentes Geológicos: Investigações
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Incidentes Geológicos: Investigações
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Detonação Controlada na Fundação da Barragem
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Incidente Geológico II: Presença de Zonas de Rocha Sã e Alterada na
Região da Casa de Força da PCH Ponte
Os condicionantes geológicos locais representados pela ocorrência de uma
zona de rocha muito alterada exigiram a realocação da Casa de Força para
uma situação mais favorável à execução dos serviços (maciço em rocha
sã), com acréscimos consideráveis dos volumes das escavação
inicialmente previstos.
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Rearranjo do Eixo do
Barramento da PCH Ponte
Rearranjo da Casa de Força da
PCH Ponte
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CASA DE FORÇA
PROJETO BÁSICO
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Uma das opções revistas para minimização destes impactos nos custos
consistiu na possibilidade da eliminação da chaminé de equilíbrio, o que se
verificou possível mediante a reavaliação dos limites de sobrepressões e,
conseqüentemente, das velocidades máximas ao longo do circuito
hidráulico, fundamentada nas seguintes hipóteses:
• aumento da seção do túnel de adução, no trecho sem revestimento , de
27m² para 32,5m², alteração na unidade hidráulica a fim de prover o
fechamento da turbina com duas rampas diferentes e limitação do
funcionamento, em rede isolada, em 90% da potência nominal.
• esta alteração proporcionou uma economia relevante na obra, uma vez
que cerca de 2.600 m³ de escavação subterrânea em rocha não foram
realizados.
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Circuito Hidráulico do Projeto Básico da PCH Ponte
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Circuito Hidráulico Modificado da PCH Ponte (sem chaminé de equilíbrio)
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Quantitativos executados nas obras da PCH Ponte
Serviços
1. Barramento
Escavação Comum
un
Previstos
Volumes
Executados
Diferença
m3
42.650,00
128.850,00
202%
Escavação em Rocha
a Céu Aberto
m
3
15.900,00
21.850,00
37%
Aterro Compactado
m
3
24.940,00
48.250,00
94%
2. Tomada D’ água / Canal de Adução
Escavação Comum
3.350,00
m3
18.350,00
447%
4.650,00
8.050,00
73%
22.900,00
39.550,00
73%
m3
27.593,00
73.380,42
166%
3
4.118,00
20.950,95
409%
m3
4.000,00
21.282,68
432%
Escavação em Rocha
a Céu Aberto
m
3
3. Ensecadeira do Barramento
3
Execução de
m
ensecadeira ( Aterro)
4. Casa de Força
Escavação Comum
Escavação em Rocha
a Céu Aberto
m
5. Ensecadeira do
Canal de Fuga
Execução de
ensecadeira ( Aterro)
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INFORMAÇÕES GERAIS DA PCH PALESTINA






Potência: 12,4 MW
Queda Bruta: 27,7 m
Início da Obra: Março/2002
Início da Operação Comercial: Outubro/2003
Comprimento Crista : 171,00m
Altura máxima: 32,00m
Incidentes Geológicos: Investigações
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Investigação Geológico-Geotécnica na Fase do Inventário
 mapeamento geológico-geotécnico da área na escala 1:2.000;
 OD: duas sondagens mistas (SMPA-03 e SMPA-04), cinco rotativas (SRPA-05 a SRPA-07,
SRPA-09 e SRPA-10) e cinco à percussão (SPPA-05 a SPPA-07, SPPA-09 e SPPA-10);
 leito do rio: uma sondagem rotativa (SRPA-10), inclinada de 450;
 OE: duas sondagens rotativas (SRPA-01 e SRPA-02) e duas à percussão (SPPA-01 e
SPPA-02);
 ensaios SPT e de infiltração nos trechos em solo;
 um estudo geofísico (sísmica de refração) para caracterização do topo rochoso local.
Incidentes Geológicos: Investigações
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Investigação Geológico-Geotécnica na Fase do Inventário
Incidentes Geológicos: Investigações
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Arranjo Geral das Estruturas da PCH Palestina
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Incidente Geológico I: Necessidade de Mudança do Eixo do Barramento
da PCH Palestina
O eixo do barramento da PCH Palestina, foi deslocado cerca de 70m para
jusante, região na qual o topo rochoso apresentou-se em melhores
condições geotécnicas para o fechamento da barragem na ombreira
direita.
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EIXO DO PROJETO
EXECUTADO
EIXO DO PROJETO
BÁSICO
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Mudança do Eixo do Barramento da PCH Palestina
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Incidente Geológico II: Remoção de Blocos e Escavação de Solos Moles
na Zona de Fundação da PCH Palestina
Após a fase de desvio do rio, constatou-se a necessidade da remoção de
grandes quantidades de blocos de rocha na região da calha do rio,
disseminados ao longo da fundação da barragem. Analogamente, fez-se
necessário serviços adicionais para a remoção de bolsões de rocha
alterada e de solos moles de ocorrência generalizada na zona de
fundação.
Incidentes Geológicos: Investigações
Geológico - Geotécnicas e a Implicação
nos Custos de PCH’s
Incidentes Geológicos: Investigações
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nos Custos de PCH’s
Incidentes Geológicos: Investigações
Geológico - Geotécnicas e a Implicação
nos Custos de PCH’s
Estas sobre-escavações, associadas a grandes quantitativos de volumes
de materiais removidos e não previstos no projeto básico, implicaram em
acréscimos significativos de custos, com impactos relevantes também no
cronograma dos serviços.
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Sobre-escavação Ocorrida na Zona de Fundação da PCH Palestina
Incidentes Geológicos: Investigações
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Quantitativos executados nas obras da PCH Palestina
Volumes
Un
Previstos
Executados
Diferença
Serviços
1. Barramento
Escavação Comum
125.157,00
163.266,61
30%
m3
Escavação em Rocha a
Céu Aberto
m
Aterro Compactado
3
32.966,00
45.099,49
37%
m3
170.704,00
204.655,43
20%
Transições e Filtros
m3
12.741,00
17.921,69
41%
Enrocamento
m3
18.158,00
47.402,97
161%
2. Ensecadeira
Execução de ensecadeira
m3
13.050,00
16.677,31
28%
3. Casa de Força
Escavação Comum
m3
45.827,00
62.143,00
36%
3
14.129,00
20.676,80
46%
Escavação em Rocha a
Céu Aberto
m
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INFORMAÇÕES GERAIS DA PCH TRIUNFO







Potência: 24,4 MW
Queda Bruta: 36,4 m
Início da Obra: Agosto/2002
Início da Operação Comercial Grupo I:Dezembro/2004
Início da Operação Comercial Grupo II: Dezembro/2004
Comprimento da Crista: 285,00m
Altura máxima do Barramento: 42,00m
Incidentes Geológicos: Investigações
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Investigação Geológico-Geotécnica na Fase do Inventário
 mapeamento geológico-geotécnico da área na escala 1:2.000;
 OD: duas sondagens mistas (SMTR-02 e SMTR-03), três rotativas (SRTR-04, SRTR-05 e
SRTR-10) e três a percussão (SPTR-04, SPTR-05 e SPTR-10);
 leito do rio: uma sondagem rotativa (SRTR-08 ), inclinada de 300;
 OE: duas sondagens mistas (SMTR-01 e SMTR-07), três rotativas (SRTR-06, SRTR-08 e
SRTR-09) e três à percussão (SPTR-06, SPTR-08 e SPTR-09);
 ensaios SPT e de infiltração nos trechos em solo;
 ensaios de perda d’ água;
 um estudo geofísico (sísmica de refração) para caracterização do topo rochoso local.
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Investigação Geológico-Geotécnica na Fase do Inventário
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Arranjo Geral das Estruturas da PCH Triunfo
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Incidente Geológico I: Sobre-escavações nas Fundações da Barragem da
PCH Triunfo
Estas sobre-escavações, associadas a grandes quantitativos de volumes
de materiais removidos e não previstos no projeto básico, implicaram em
acréscimos significativos de custos, com impactos relevantes também no
cronograma dos serviços.
Incidentes Geológicos: Investigações
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Incidentes Geológicos: Investigações
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Incidente Geológico II: Zona de Rocha Alterada na Região da
Fundação do Bloco de Ancoragem do Conduto Forçado
A remoção deste bloco de rocha, com características geotécnicas
totalmente desfavoráveis em termos de capacidade de suporte da estrutura
prevista no local, implicaria em atrasos consideráveis no cronograma das
obras. Assim sendo, optou-se pela estabilização do mesmo, mediante a
sua ancoragem ao maciço de rocha sã por meio de chumbadores
múltiplos.
Incidentes Geológicos: Investigações
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Incidentes Geológicos: Investigações
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nos Custos de PCH’s
O arranjo original foi alterado tanto em termos da natureza como da
locação da estrutura de interface na região da OD. Assim, o muro de
transição previsto no projeto básico foi substituído por um muro-ala
equivalente, diminuindo-se o espaço de construção e facilitando o
ensecamento do rio para a construção das estruturas de concreto e das
adufas de desvio, resultando em uma redução dos quantitativos das
escavações na região da ombreira esquerda.
Construção de uma pré-ensecadeira, não prevista no projeto original, para
permitir o início imediato da construção da barragem de terra.
Incidentes Geológicos: Investigações
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Incidentes Geológicos: Investigações
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PRÉ- ENSECADEIRA
Incidentes Geológicos: Investigações
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nos Custos de PCH’s
Como um aspecto adicional, é interessante enfatizar que as áreas de
empréstimo de solo para a construção dos aterros compactados da
barragem, foram localizadas no domínio do lago final da barragem , o que
não havia sido estabelecido pelo Projeto Básico.
Tal escolha resultou em vários benefícios, tais como a redução dos
impactos ambientais causados por estas escavações, eliminação da
necessidade de recuperação de áreas degradadas, além da obtenção de
materiais com umidades praticamente equivalentes às umidades ótimas de
compactação.
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Áreas de Empréstimo na Zona de Inundação do Lago da PCH Triunfo
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Quantitativos executados nas obras da PCH Triunfo
Volumes
Um Previstos
Executados
Diferença
1. Barramento
Escavação Comum
Escavação em Rocha a
Céu Aberto
m
3
m
3
400.170,00
51.922,00
378.863,68
31.451,26
-5%
-39%
Aterro Compactado
m
3
301.634,00
404.512,37
34%
Transições e filtros
m
3
45.927,00
28.891,95
-37%
Enrocamento
m
3
31.800,00
97.186,73
206%
m
3
21.356,00
12.837,24
-40%
m3
7.652,00
23.531,04
207%
m3
7.148,00
21.322,68
198%
2. Ensecadeira
Execução de
ensecadeira
3. Casa de Força
Escavação Comum
Escavação em Rocha a
Céu Aberto
Incidentes Geológicos: Investigações
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nos Custos de PCH’s
INFORMAÇÕES GERAIS DA PCH CACHOEIRA ENCOBERTA







Potência: 22,7 MW
Queda Bruta: 73,89 m
Início da Obra: Junho/2002
Início da Operação Comercial Grupo I: Novembro/03
Início da Operação Comercial Grupo II: Novembro/03
Comprimento da Crista: 191,00m
Altura Máxima do Barramento: 53,00 m
Incidentes Geológicos: Investigações
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nos Custos de PCH’s
Investigação Geológico-Geotécnica na Fase do Inventário
 mapeamento geológico-geotécnico da área na escala 1:2.000;
 16 sondagem mistas;
 perfuração de 245 m em solo e de 170 m em rocha.
Incidentes Geológicos: Investigações
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Arranjo Geral da PCH Cachoeira Encoberta
Incidentes Geológicos: Investigações
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Obras de Desvio do Rio Glória (Concepção Inicial)
Incidentes Geológicos: Investigações
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Incidente Geológico I: Presença de Falha na Zona de Fundação
Com o início das operações de limpeza e de preparo da fundação para a
concretagem das estruturas da ombreira esquerda, constatou-se a
presença de material alterado no antigo leito do rio, que corresponderia
potencialmente a uma zona de material de preenchimento de uma falha
geológica de amplitude local.
Incidentes Geológicos: Investigações
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nos Custos de PCH’s
Presença de Material Alterado em Zona de Falha (OE)
Incidentes Geológicos: Investigações
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nos Custos de PCH’s
Novas investigações geotécnicas, representadas por um programa
específico de sondagens rotativas, confirmou esta hipótese e delimitou a
abrangência e a locação da falha. Este fato implicou a necessidade de um
reestudo completo do projeto, com impactos enormes no custo global e no
cronograma da obra.
Incidentes Geológicos: Investigações
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nos Custos de PCH’s
Uma vez que a zona detectada da falha estendia-se sob a ensecadeira,
caracterizou-se a total impropriedade da concepção original de desvio do
rio, impondo-se novo projeto e a imediata remoção da ensecadeira já
construída.
Além da necessidade das obras complementares, estes problemas
comprometeram totalmente o cronograma da obra, adiando a sua
continuidade para o período seguinte ao da estação das chuvas.
Incidentes Geológicos: Investigações
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nos Custos de PCH’s
Novo Projeto de desvio do Rio Glória
Incidentes Geológicos: Investigações
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nos Custos de PCH’s
Construção da Nova Ensecadeira na Ombreira Direita
Incidentes Geológicos: Investigações
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nos Custos de PCH’s
Tratamento da Fundação do Barramento (Falha geológica)
Incidentes Geológicos: Investigações
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nos Custos de PCH’s
Galeria de Desvio e Trabalhos de Tratamento da Zona de Falha
Incidentes Geológicos: Investigações
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nos Custos de PCH’s
Estrutura de Concreto da Fundação do Vertedouro
Incidentes Geológicos: Investigações
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nos Custos de PCH’s
Quantitativos executados nas obras da PCH Cachoeira Encoberta
Volumes
un
Previstos
Executados
Diferença
Serviços
1. Barramento
3
Escavação Comum
77.323,00
86.045,00
11%
m
Escavação em Rocha a Céu
Aberto
m
3
46.310,00
10.705,00
-77%
Aterro Compactado
m
3
30.160,00
13.890,00
-54%
2. Tomada D’ água / Canal de Adução
Escavação Comum
50.825,00
m3
43.579,00
-14%
m3
2.520,00
6.354,00
152%
3. Ensecadeira
Execução de ensecadeira
m3
1.500,00
13.159,00
778%
4. Casa de Força
Escavação Comum
m3
11.025,00
25.293,00
129%
m3
25.495,00
24.008,00
-6%
m3
1.500,00
5.265,00
251%
Escavação em Rocha a Céu
Aberto
Escavação em Rocha a Céu
Aberto
5. Ensecadeira do Canal de
Fuga
Execução de ensecadeira
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nos Custos de PCH’s
Incidentes Geológicos: Investigações
Geológico - Geotécnicas e a Implicação
nos Custos de PCH’s
INFORMAÇÕES GERAIS DA PCH GRANADA







Potência: 15,8 MW
Queda Bruta: 64,0 m
Início da Obra: Fevereiro/2002
Início da Operação Comercial: Julho/2003
Início da Operação Comercial: Julho/2003
Comprimento da Crista: 269,00m
Altura Máxima do Barramento: 29,00 m
Incidentes Geológicos: Investigações
Geológico - Geotécnicas e a Implicação
nos Custos de PCH’s
Investigação Geológico-Geotécnica na Fase do Inventário
 mapeamento geológico-geotécnico da área na escala 1:2.000;
 18 sondagens a percussão, com 136,61 m perfurados;
 10 sondagens rotativas, com 331,58 m perfurados;
 03 sondagens mistas, com 87,48 m perfurados;
 06 poços de inspeção;
 31ensaios de infiltração nos trechos em solo;
 44 ensaios de perda d’ água;
 sísmica de refração nas áreas de emboque e desemboque do túnel de adução.
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Investigação Geológico-Geotécnica
na Fase do Inventário
ER
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Arranjo Geral PCH Granada
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Incidente Geológico I: Presença excessiva de matacões e necessidade de
muitas obras de regularização da zona de fundação
A necessidade de remoção de grandes volumes de matacões e materiais
finos, bem como da reconstituição estrutural da área por concreto de
regularização, implicou em profundos impactos sobre o cronograma da
obra, o que resultou em um atraso considerável do início do aterro.
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Incidente Geológico II: Galgamento e Ruptura da Barragem e Nova
Estabilização do Talude da Ombreira Direita
Estes atrasos foram tão críticos para a construção da barragem que,
avançando à época das estações chuvosas, resultaram no galgamento e
na ruptura da barragem e de parte da ombreira direita .
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Remoção e Preparação da Fundação na Área da Ruptura
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Projeto Original da barragem da PCH Granada
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Projeto Executado da barragem da PCH Granada
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Perfil da Escavação do Barramento - Executado
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Quantitativos executados nas obras da PCH Granada
Volumes
Serviços
un Previstos
Executados
Diferença
1. Barramento
Escavação Comum
155.478,00
86%
m3 83.647,00
Escavação em Rocha m3 4.746,00
14.055,00
196%
a Céu Aberto
Aterro Compactado
204.411,00
64%
m3 125.021,00
2. Tomada D’ água / Canal de Adução
Escavação Comum
m3 37.625,00
Escavação em Rocha
a Céu Aberto
3. Ensecadeira
Execução
ensecadeira
m3 2.255,00
de m3 30.354,00
4. Casa de Força
Escavação Comum
m3 27.680,00
Escavação em Rocha m3 8.604,00
a Céu Aberto
5. Ensecadeira do
Canal de Fuga
Execução
de m3 8.301,00
ensecadeira
22.980,00
-39%
1.283,00
-43%
12.871,00
-58%
16.485,00
-40%
22.941,00
167%
18.073,00
118%
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Variações Percentuais Decorrentes dos Incidentes Geológicos
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As variações percentuais das discrepâncias entre as proposições do
Projeto Básico e os serviços realizados nas obras foram bastante
pronunciadas no caso da PCH Ponte e menores no caso da PCH Triunfo.
Estes resultados mostram claramente como tanto a experiência de obra
como a prática construtiva permitiram a melhoria global dos
empreendimentos conduzindo a soluções mais objetivas e com maior
economia ao longo do tempo (a PCH Ponte foi a primeira destas
hidrelétricas a ser construída, ao passo que a PCH Triunfo foi executada
por último).
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Critérios de Projeto incluindo os riscos geológicos em Obras de PCH’s
(i) Estabelecer e formalizar o modelo geológico como diretriz do Projeto
Básico de uma PCH
O modelo geológico de uma PCH deverá associar as correlações entre os
riscos geológicos e o quantitativo das investigações geológicas admitidas
como satisfatórias e admissíveis para o porte da obra em implantação. Em
síntese, isto deverá corresponder, em essência, mais investigação e
menos previsão.
Em se tratando de uma premissa de projeto, os imprevistos e os riscos
geológicos devem estar clara e objetivamente pré-definidos por cláusula
contratual específica.
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Critérios de Projeto incluindo os riscos geológicos em Obras de PCH’s
(ii) No contexto do modelo geológico estabelecido, levando-se em conta um
planejamento racional e criterioso das investigações geológico-geotécnicas
do sítio do barramento, os ‘imprevistos geológicos’ devem incluir tanto as
feições geológicas atípicas ou desconhecidas como aquelas que não
puderam ser devidamente detectadas nos estudos prévios.
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Critérios de Projeto incluindo os riscos geológicos em Obras de PCH’s
(iii) Com a incorporação do risco geológico como premissa de projeto,
torna-se automática a sua inserção no orçamento das atividades do
empreendimento; entretanto, face a natureza relativa e os potenciais
incidentes associados aos mesmos, propõe-se a sua alocação num
orçamento opcional (tal como um fundo de caixa), que deverá ser
disponibilizado apenas na medida das necessidades essencialmente
vinculadas às ocorrências destes potenciais ‘imprevistos geológicos’.
Tal abordagem implica a rediscussão e a reavaliação dos modelos tipo
EPC por custo global.
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Os imprevistos geológicos nos surpreendem pelo quanto
são desconhecidos; as surpresas geológicas nos dão a
conhecer o quanto não fomos previsíveis.
Texto integral do trabalho disponível em www.nugeo.ufop.br