Avaliação do potencial de erosão interna na fundação de uma barragem utilizando modelagem tridimensional

Abstract

O Brasil possui o terceiro maior potencial hidrelétrico do mundo, perdendo apenas para China e Rússia. Por apresentar um potencial hídrico elevado, o país investiu desde cedo na construção de aproveitamentos hidrelétricos. Atualmente as usinas hidrelétricas correspondem à principal fonte de geração de energia elétrica do país. A construção de barragens se deu inicialmente pelas regiões Sul e Sudeste, que apresentam as maiores demandas, porém, migrou para as regiões Centro-Oeste e Norte à medida que estas regiões também foram se desenvolvendo. A construção de barragens nas regiões Centro-Oeste e Norte representa um grande desafio para a engenharia de barragens já que nessas regiões é comum a presença de condições geológicas desfavoráveis como a existência de rochas sedimentares muito permeáveis, camadas espessas de solos aluvionares e camadas de solos residuais, que podem ser problemáticos para o apoio das estruturas. Quando existem condições geológicas desfavoráveis, é importante que seja avaliado o potencial de ocorrência de erosão interna e piping na fundação, já que a erosão é uma das principais causas de rupturas em barragens. Essa avaliação geralmente é feita por simulações de fluxo bidimensionais, onde são calculados os gradientes hidráulicos na fundação, porém, em determinadas situações onde a geometria é mais complexa, pode ser necessária a realização de simulações tridimensionais. Nesse contexto foi feita uma análise de percolação tridimensional através da fundação de uma barragem que apresentava condições geológicas desfavoráveis, onde foi avaliado o potencial de erosão interna na fundação pelo cálculo dos gradientes hidráulicos de saída. Também foi feita uma análise bidimensional do mesmo problema, comparando os resultados de ambas. Foram observados fenômenos de fluxo tridimensionais que não podem ser verificados em análises bidimensionais, como a concentração de fluxo em regiões de menor cota e o acúmulo de fluxo nos vértices geométricos. Além disso, foram modeladas e analisadas algumas soluções de controle de gradientes para as saídas livres. Chegou-se a uma solução composta por laje à jusante da Casa de Força; chanfro ao pé da laje e das estruturas do Muro de Contenção e da Bacia de Dissipação; e filtro invertido com extensão de 15 m à jusante da laje. Acredita-se que essa solução irá minimizar o potencial de erosão na região mais crítica.