RECUPERACAO DA CALHA DO VERTEDOURO DA UHE CAMARGOS COM CONCRETO E

ARGAMASSA DE ALTA RESISTENCIA

Eng° Douglas Sengi MorishaitaEng° Fabio Felix GonsalvesEng° Renato Vieira Oliveira

Companhia Energetica do Minas Gerais - CEMIG

RESUMO

Este trabalho relata as atividades do recuperagao da calha submersa do vertedouro da UsinaHidrel6trica de Camargos , localizada no Alto Rio Grande a pertencente a Companhia Energ6ticado Minas Gerais - CEMIG, utilizando- se concreto a argamassa do alta resistencia.Sao apresentadas informagbes sobre as eros6es encontradas no concreto da ca/ha atrav6s dasinspeg6es subaquaticas ; as providencias tomadas pars o esgotamento da area; asespecificag6es t6cnicas a os detalhes executivos para a aplicagao do concreto e argamassa doalta resistencia ; as condig6es operatives da usina durante o perlodo das obras; as prazos a custosenvolvidos ; e o desempenho dos reparos sobre a atuagao do altas vazoes vertidas.

1. INTRODUcAO

A Usina Hidreletrica de Camargos, de propriedade daCompanhia Energ6tica de Minas Gerais - CEMIG, esta

localizada no Alto Rio Grande, entre os municlpios de

Itutinga e Nazareno, no estado do Minas Gerais (fig. 1).

A sua construgao ocorreu entre 1956 e 1960.

O barramento 6 constituldo, da ombreira esquerda pars

a direita , por uma barragem de terra com 45 m decomprimento, seguida por uma estrutura de concreto

com 343 m, onde estao localizados a Tomada d'Agua

e o Vertedouro, e por uma barragem de terra com 220 m

do extensao. A sua crista, situada na elevagao 915 m,

possui comprimento total de 608 m (fig. 2).

A Casa de Forga abriga duas unidades geradoras compotencia total instalada de 45 MW e turbinas tipoKAPLAN , com engolimento maximo de 236 m3/s cadsuma.

O sistema de extravasao do aproveitamento a compos-

to por um vertedouro de superficie e duas valvulas defundo.

O vertedouro, localizado no centro da barragem, 6 umaestrutura de concreto gravidade com 76 m de compri-

mento e altura maxima de 36 m, controlado por seiscomportas de segmento de 11 m x 6 m , acionadas porsisterna el6trico a cabos.

A sua segao vertedora 6 em perfil "Creager" seguida deurna calha com 29 m de extensao e 76 m de largura,que tem na sua saida um muro defletor de 3 m de altura.Esta calha fica permanentemente afogada polo reserva-torio da UHE Itutinga, situada 5 km a jusante da UHECamargos.

O vertedouro foi projetado para descarregar uma vazaomaxima de 2.030 m3 /s com o reservatorio na elevagao913 m, correspondente ao nivel "maximo maximorum"(fig. 3).

I ntegradas a secao vertedora, existem duas valvulas de

fundo tipo "hollow jet", com diametro de 2,40 m e eixo

na elevagao 836,30 m, que descarregam diretamentesobre a calha . A capacidade maxima de cada uma delas

6 de 85 m3/s.

O objetivo deste trabalho 6 relatar os aspectos t6cnicose executivos envolvidos na recuperagao da calhaerodida do vertedouro da UHE Camargos com o use deconcreto a argamassa de alta resistencia.

2. HISTORICO E DESCRICAO DAS EROSOESOBSERVADAS

A primeira tentativa para realizar uma inspegao doconcreto da calha do vertedouro aconteceu em outubrode 1962 . Nesta ocasiao , procurou -se deplecionar oreservatorio da UHE Itutinga at6 a cota 879 m, cor-respondente ao topo do muro deflator do vertedouro daUHE Camargos , para permitir o esgotamento da calhapor meio de bombas de drenagem . Tal operagao naoproporcionou os resultados esperados e a calha nao foiinspecionada.

Em julho de 1984, atrav6s de inspegao subaquatica,

constatou-se a existencia do varias erosoes localizadas

em frente as valvulas de fundo , junto ao muro defletor.

Decidiu -se, entao , impor restrigaes ao use dos descar-regadores de fundo permitindo -se a sua operagao so-

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FIGURA 2 - ARRANJO GERAL DA USINA DE CAMARGOS

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mente para testes eletromecanicos ou em caso decheias excepcionais.

Em 1989, foi realizada nova inspegao subaquatica paraavaliar a evolugao das erosoes. Considerou-se, apbs aanAlise dos resultados, que nao tinha havido progressodas cavidades encontradas anteriormente.

Em julho de 1991, executou-se a terceira inspegaosubaquatica na calha, que mostrou a evolugao daserosoes em frente aos descarregadvres de fundo o umdesgaste generalizado em toda a superficie submersa.Em frente A valvula de fundo n° 1, as cavidades noconcreto atingiram profundidade de ate 2,5 m e na partedireita da calha foram encontradas erosoes superficiaiscom exposigao da armadura (fig. 4). Toda a areaerodida foi mapeada e fotografada por megulhadorespara fornecer subsidios ao desenvolvimento do projetodo recuperagao do concreto.

Um levantamento batimetrico, realizado a jusante dovertedouro, evidenciou a inexistencia de erosoes re-gressivas na rocha de fundacao a no muro defletor.

3. CAUSAS DAS EROSOES

As erosoes existentes na diregao das valvulas de fundotiveram como causa provAvel o impacto dos jatos dealta pressao proveniente da alteragao da geometria dacalha adjacente as valvulas , que se ve nas figuras 3 e4 e na foto 3. 0 jato descarregado pelas comportasencontra , na extremidade dos pilares onde estao ins-taladas as valvulas , um ressalto de 2 m de largura, decada lado do pilar . 0 jato de Agua passando sobre esseressalto forma um salto de "ski ", que vai impactar direta-mente a calha nos locais erodidos.

Os desgastes superficiais generalizados foram atribui-dos a prbpria geometria da"calha e ao efeito abrasivodo material solto encontrado no local, quando do es-gotamento da Area . Este material deve ter sido trazidoPara a calha por correntes de retorno.

Pode-se, ainda , acrescentar como fato agravante doprocesso erosivo a utilizagao , na dosagem do concreto,de agregado graudo de diAmetro mdximo superior a19 mm.

4. ESPECIFICAcOES TECNICAS PARA OSREPAROS

Para evitar maiores restrigoes aos sistema extravasorda UHE Camargos , garantindo uma major segurangaao barramento , recomendou - se, apbs a Oltima inspegAosubaquatica, a execugao urgente dos reparos na calhado vertedouro.

Para isso, foi indicada a aplicagao de concreto maisresistente aos efeitos de alta pressao e velocidadecausados pela operagAo das comportas e valvulas defundo , a ser executado em Area seca e superf icie total-mente limpa.Decidiu - se polo use de concreto e argamassa de altaresistOncia , dosados como microssilica , baixo fatorAgua/cimento, superfluidificante a alto teor de cimento,resultando em um concreto com boa ader8ncia, baixapermeabilidade , alta resistencia a baixa idade , alAm deadequadas condigOes de trabalhabilidade.

Convam ressaltar que tambgm foram feitos estudospara utilizagao do argamassa epoxidica na execugaodos reparos , mas em fungao da rapidez , economia equalidade final , decidiu - se polo use da microssilica.

5. CONDIcoES PARA EXECUcAO DA OBRA

Visando garantir a realizagao dos servigos sem aocorrencia do vertimentos , a UHE Camargos , antes doin(cio das obras , foi operada a plena carga ate atingirniveis no reservatbrio capazes de absorver as vazaesafluentes previstas para o perlodo de execugao dosreparos.

Durante a execugao dos servigos, o nivel do reserva-tbrio de Itutinga foi mantido na cota 883 m , 3 metrosacima do seu nivel minimo operativo , e a UHE Camar-gos teve uma operagao especial, com turbinamentominimo permitido dentro das faixas operativas(68 m3/s).

6. ENSECADEIRA

Para possibilitar o tratamento das superficies erodidasem ambiente seco , foi construida uma ensecadeira deterra a jusante do vertedouro com 8 m de altura, 100 mde comprimento e crista na elevagao 884 m (fig. 5). 0material terroso foi langado a partir da margem direita eo avango foi feito pelo mAtodo da ponta de aterro.Durante a execugao , notou -se que o coluviAo/soloresidual quo vinha sendo usado nAo conseguia resul-tados satisfatbrios , pois transformava -se em lama apbso seu langamento . Passou -se, entbo, a usar saprolito,o qual foi muito eficiente devido a torr6es de rochadecomposta na matriz argilo -siltosa , que asseguravarnmelhor estabilidade aos taludes formados. Essestaludes ficaram da ordem de 2,5 H:1 V.

Na margem esquerda foram colocados sacos de terrapara a protegao do aterro contra as correntes derecirculagao e agitagAo das Aguas provenientes docanal de fuga.

A ensecadeira foi executada com cerca de 15.000 m3de material no perfodo de 10 dias , utilizando-se 2tratores Komatsu 50, 1 carregadeira e 3 caminh6esbasculantes. Uma vez conclulda a sua construgao, aAgua contida na calha foi imediatamente esgotada pormeio de bombas de drenagem, que foram utilizadasdurante todo o perfodo das obras para a retirada daAgua percolada polo macigo e fundagoes.

A remogao da ensecadeira , por galgamento , demandou2,5 horas e foi executada abrindo - se progressivamenteas comportas do vertedouro ate a condigao de laminalivre. Para facilitar o rompimento, a geragao da usina foiparalisada previamente , de tal modo que houvesse ummaior desnivel entre montante e jusante do aterro exe-cutado.

A ensecadeira mostrou uma resistAncia A erosAo maiordo quo a esperada para um solo simplesmente langadoe compactado sb superficialmente polo trAfego de equi-pamentos , sendo inclusive necessAria, como etapaintermediaria da operagao de remogao , a aberturamanual de sulcos na crista, no sentido montante-jusante.

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7. METODOLOGIA ADOTADA PARAEXECUCAO DOS REPAROS

Os serviCos iniciaram-se no dia 20 de agosto de 1991,corn a construcao da ensecadeira, e terminaram em 02de novembro de 1991, conforme cronograma pre-es-tabelecido.

Os reparos na estrutura foram iniciados Pela retirada do

material solido solto encontrado na calha, remocao doconcreto comprometido pela baixa resistencia e limpeza

de Coda a superficie corn jatos de areia.

Para execur ao dos reparos foram utilizados os con-cretos e argamassa apresentados na Tabela 1.

Como os desgastes observados no concreto foram dediversos tamanhos e profundidades, optou-se pordividi-los em 3 tipos (fig. 6):

- Cavidades profundas, localizadas defronte as valvu-las de fundo a junto ao muro defletor, corn profun-didades superiores a 40 cm;

- Cavidades madias, localizadas em varias regioesdacalha e corn profundidades entre 3 e 40 cm;

- Cavidades superficiais, localizadas de forma ge-neralizada em toda a calha a muro deflator, cornprofundidades iguais ou inferiores a 3 cm.

As cavidades profundas foram preenchidas corn con-creto de enchimento (classe C3) ate a profundidade de40 cm da superficie acabada. Para major seguranca dali3aiao entre o novo concreto e a estrutura existente,

foram instaladas barras de ancoragem corn diametro de20 mm e profundidade minima de 2,5 m, chumbadas na

rocha de fundarao corn argamassa expansiva de altaresistencia inicial Sika Grout.

A partir dos 40 cm finais, aplicou-se urn concreto do altaresistencia (classe Al MS). No acabamento final, nosultimos 3 cm, foi utilizada argamassa de alta resistencia(Arga Acabamento MS).

As cavidades madias foram recuperadas corn o con-creto de alta resistencia (classe Al MS). Para o acaba-mento final tambem foi aplicada urna argamassa de altaresistencia (Arga Acabamento MS). Em varios locaishouve a necessidade da recomposiCao da armadura.

As cavidades superficiais foram tratadas corn a ar-gamassa de alta resistencia (Arga Acabarnento MS).

Durante a execurao dos reparos, tomou-se o cuidadode manter o concreto velho completamente saturadoantes da aplicacao do novo concreto e argamassa dealta resistencia.

A programagao do langamento do concreto e arga-massa foi feita de modo a nao ultrapassar 50 minutos,tempo de vida util do superfluidificante usado nadosagem.

O acabamento final da superficie foi executado corndesempenadeira de madeira e feltro, procurandoproduzir urna superficie densa e uniforme, isenta demanchas e marcas de coiher de pedreiro. As juntas donovo concreto seguiram as juntas de contracao existen-tes na estrutura.

O processo de cura da nova superficie foi iniciadoimediatamente apbs a conclusao do acabarnento final.Foi feito corn sacos de cimento vazios Gmidos e teveduracao de 14 dias.

8. CONTROLE DE QUALIDADE

8.1 Caracterfsticas dos Materiais Utilizados

8.1.1 Cimento

• Caue CP ll-E-32Anexoc 019 02

8,1,2 Microssilica

• Elken Brasil S.A.Anexo 02

8.1.3 Aditivos

• Retardador do Pega, Incorporador de Ar e Supe-fluidificante

Anexo 03

8.1.4 Agregados

8.1.4.1 Agregado Miudo

• Areia Natural e Areia ArtificialAnexo 04

8.1.4.2 Agregado Graudo

• Britas 1, 2 e 3 do Granito GnaisseAnexo 04

8.2 Controle de Qualidade do Concreto eArgamassa

Os resultados de Resistencia a Compressao Axial doconcreto e argamassa sao apresentados na Tabela 2.

9. CONSUMO DE MATERIAL

Para recuperadao de aproximadamente 2.600 m2 dacalha do vertedouro foram lancados 17 m3 de concretode enchimento , 95 m3 de concreto de alta resistencia e113 m3 de argamassa de alta resistencia e consumidosos seguintes materiais:

- Cimento Caue CP-II-E-32: 2.421 sacos

- Microssilica Elken Brasil S.A.: 9.599 kg

- Aditivos: • Retardador de Pega Retard RD: 8 kg

• Incorporador de ar Cemix Air: 3 kg

• Supefluidificante Adiment: 3.342 kg

Areia: • Natural: 125 m3

• Artificial: 20 m3

Brita: • Brita 1: 69 m3

• Brita 2: 6 m3

• Brita 3: 6m3

Ago: 6.655 kg

O custo final das obras, incluindo a ensecadeira, foiavaliado em US$ 210.000,00 (moeda do janeiro de1992). Neste valor nao foram considerados os gastoscorn servigos de apoio da CEMIG.

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10. DESEMPENHO DOS REPAROS

O desempenho dos reparos foi avaliado ap6s a cheiaexcepcional de janeiro de 1992, quando foi registrada amaior vazao vertida em todos os anos de operagAo daUHE Camargos (1.020 m3/s). Atravas da inspegAosubaquatica realizada nos dias 18 e 19 de margo de1992, foram observadas pequenas eros3es em umasuperf icie de aproximadamente 1 m2, com cavidades deate 15 cm de profundidade. AIBm dessas, foi verificado

o doSplaeamonto da Argamagga de alta resistgncia emuma area de aproximadamente 60 m2, junto a transiraoda superficie nAo reparada e que anteriormente sofrerasomente desgaste superficial (fg. 7).

Pr6ximo ao muro defletor , detectou -se um pequeno

acumulo de areia e pedras de pequenas dimen-soes , que serao removidas com o auxllio dos mergu-Ihadores.

Tondo em vista que a area erodida representa muitopouco em relacao A area tratada , considera- se que osreparos executados tiveram desempenho satisfat6rio eas novas eros3es foram produto de execugAolocalizada deficiente.

Serbo programadas inspegOes subaquaticas anuais,ap6s os periodos chuvosos , pare o monitoramento dosreparos executados.

TABELA 2

Companhia Energatica do Minas Gerais CARACTERIZACAO DO CONCRETO ELaborat6rio do Concreto ARGAMASSA APLICADOS NOS REPAROSProjeto: UHE CAMARGOS DA CALHA DO VERTEDOURO

Agua / Resist . 6 Compressao Axial (Mpa)

Concreto Classe /Tipo Agua/Agl. Cimentofck/ldade

MP /di

SlumpValores M6dios

Equiv .a{ es) (cm )

07 dies 28 dias 90 dies

Al MS 0,380 0,370 - 7,5 36,0 52.1 59,0

C3 0,720 - 18/90 3,6 11,8 19,0 27,4

Arga Acabamento MS 0,380 0,370 - - 35,3 54,7 63,8

ANEXO 1

Companhia Energatica de Minas Gerais

Laborat6rio do Concreto

Projeto: UHE Camargos

CONTROLE DE QUALIDADE DE CIMENTO PORTLAND

CIMENTO MARCA: CAUE CP II-E-32

CARACTERISTICAS OUIMICAS UNIDADEESPECIFICAI;AO

ABNT

VALORES MEDIOS

SET/OUT 91

Perda ao Fogo (P.F.) % Max. 4,5 4,45

Di6xidode Silicio (Si02) % - 21,92

Oxido do Alum inio (A1203) % - 7,08

6xidode Ferro (Fe203) % - 2,13

6xido de Cal Total CaO T. % - 58,20

6xido do Ma nesio M O % Max. 6 , S 2,27

Residuo InsolCvel R.I. % Max. 1 , 5 0 , 53

Anidrido Sulfurico S03 % Max.4 0 1 . 91

Oxido do Cal Livre CaO L.) % - 1,10

Sulfato do Calcio (CaSO4) % - 3 , 25

M6dulo Hidraulico (Mh) - - 1 , 87

M6dulo Silicoso (Ms) - - 2,38

M6dulo Aluminoso (Ma) - - 3 , 32

Faso LI uida (FL) % - 27 , 85

Cal Maximo CaO max. % - 71,11

Fator do Satura o da Cal (Fs) % - 81,92

a wSilicato Tricalcico (C3S ) % - 13 , 79

Silicato D ica lcico (C2S ) % - 50,90

U Aluminato Tricalcico (C3A) % - 15,15

Fe.AI.Tetracalcico (C4AF) % - 6,49

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ANEXO 2CARACTERISTICAS DA MICROSSILICA

ELKEN BRASIL S.A

ESPECIFICAcAO VALORES MEDIOSCARACTERISTICAS FISICAS UNIDADE

ABNT SET/OUT 91

Massa Especifica kg.m-3 - 3.286

FiSuperf. Espec. Blaine mz.kg-1 Min. 260 409,8

nuraResiduo na Peneira 200 % Max. 12,0 2,1

Agua Requerida % - 27,9E Pega Inicio de Pega h:min Min. 01:00 02:22

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Fim de Pega h:min Max. 10:00 04:47

Expansao a Ouente mm Max . 5,0 0,6

Consistencia Flow Table mm A/C 0,480 169,0

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Resistencia a 03 dias MPa Min . 10,0 15,2Compressao

Axial 07 dias MPa Min . 20,0 23,3

28 dias MPa Min. 32,0 37,1

a03 dias Cal/g - 50,31

Calor de Hidrataq o07 dias Cal/g - 54,34

Massa Especifica2 200

(/cm3

Ponto de Fusao °C 1.730

Cor Cinza

Silica Amorfa (Si02)75 a 99

(%)

Carbon (C)01 a 10

(%)

ANEXO 3CARACTERISTICAS DOS ADITIVOS

mm DETERMINACrOESNome

do Massa Especif . Teor do S6lidos SedimentacaoAspecto

Aditivo PH (g/cm3) (%) (%) CorFlsico

Obtido Especif. Obtido Especif. Obtido Especif . Obtido Especif.

9,0 1,120 30,0 CastanhoRetard RD 4,9 a 1,145 a 31,8 a 0,0 0,0

EscuroLiquido

10,0 1,140 35,0

12,0 9'0 CastanhtanhoCemix Air 11,6 a 1,020 1,010 11,7 a 0,0 0,0

EsLIqUido

13,0 10,0

7,0 1,050 19,0

Adiment 9,5 a 1,103 a 19,4 a 0,5 Max. 1,0 Amarelado Liquido

9,0 1,200 21,0

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FOTO 1 - VISTA GERAL DO VERTEDOURO E DA ENSECADEIRA EM FASEFINAL DE EXECUcAO.

FOTO 2 - EROSAO JUNTO AO MURO DEFLETOR, DEFRONTEAS VALVULAS DE FUNDO.

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I -47-, , , I , I I I , 4 oqr:. ^-

FOTO 3 - VISTA PARCIAL DA CALHA. NOTAR 0 DESGASTE

GENERALIZADO DO CONCRETO.

FOTO 4 - VISTA PARCIAL DA CALHA MOSTRANDO UMA AREA JARECUPERADA COM CONCRETO DE ALTA RESISTENCIA.

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FOTO 5 - REPARO NO CONCRETO JUNTO AO MURO DEFLETOR. NOTAR ARECOMPOSIcAO DA ARMADURA.

FOTO 6 - VISTA GERAL DA CALHA DO VERTEDOURO APOSA EXECUcAO DOS REPAROS.

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