ESTRUTIIRAS APES A PASSAGEM DA CHETA EXCEPCIONAL … DE JURUMIRIM E XAVANTES.pdf · d'agua mTnimos para geracao, foi parcialmente destruT do. A esquerda da bacia de amortecimento

XVI I SEMI NARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS

BRASILIA

ACOSTO 1987

USINAS DE JURUMIRIM E XAVANTES

ESTUDO DE REAVALIAQAO DAS VAZOES DE CHEIA E DE DESEMPENHO DAS

ESTRUTIIRAS APES A PASSAGEM DA CHETA EXCEPCIONAL DE 1983

CO"111NICACAO

EngQ Jose Eus taqu io de 0. Filho (*)

Eng9 Jose Renato Cotrim (**)

Eng9 Rafael Mora de " Melo (**)

(*) Companhia Energetica de Sao

Paulo - CESP

(**) ENGEVIX S.A. Estudos e Projetos de Engenharia


ESTUDO DE REAVALIACAO DAS VAZOES DE

CHEIA E DE DESEMPENHO DAS ESTRUTURAS

APOS A PASSAGEM DA CHEIA EXCEPCIONAL

DE 1983

1. INTRODUCAO

Este trabalho relata os estudos que vem sendo desenvolvidos

de reavaliacao das vazoes de projeto e de desempenho das es

truturas componentes das usinas de Jurumirim e Xavantes, mo

tivados pela passagem da cheia exceptional de 1983 que le

you as duas usinas a operarem em condicoes alem dos limites

previstos nos projetos.

2. CARACTERISTICAS DAS USINAS

As usinas de Jurumirim e Xavantes situam-se no rio Paranapa

nema conforme apresentado no Anexo I e suas caracterTsticas

principais sao listadas

III;.

no quadro a seguir (Ver anexos II e

Localizacao. Municlplo

Area de drenagem

Tipo de barramento

JURUMIRIM

Cerquelra Cesar /Plraju

18.130 kW

8arragem de concreto ti

XAVANTES

Xavantes /Ribeirao Claro

27.500 km'

Barragem de enrocamento

po gravidade a diques de

terra

r,no de conclusao 1962 1970

Desnivel entre a nascente e a barragem 228 m 372 m

Extensio do reservatorio 170 km 50 km

Cola de coroamento 570.00 m 479,60 m

Altura maxima 50,0 m 92,0 m

de terra 230.000 m'

Volume de terra e enrocamento 5.814.000 m'

Volume de concreto 200.000 m' 239.000 m'

Niveis caracteristicos do reservatorio

Nivel d ' igua miximo maximorum 569,50 m 475,50 m

Nivel d' igua nraximo nornial 568,00 m 474.00 m

Nivel d ' igua minimo operational 559,70 m 465,20 m

Condicoes a Jusante

Nivel d ' igua nnximo maximorum 537,60 m 403,50 m

Nivel d'igua miximo normal 536,50 m 398,67 m

Nivel d'agua minimo operational 531,00 m 397,22 m

Organs de descarga

Vertedouro de superficie

n0 vaos x comporta ( larg. x alt.) 3 x 12,50 m x 6,00 m 3 x 14,00 m x 15,50 m

descarga por vao 850 m'/s 1.070 m'/s

cota de crista de soleira 560,00 m 462,15 m

Descarga de fundo

n9 vaos x comporta ( larg. x alt.) 2 x 3,30 m x 5,00 mdescarga por vao 125 m'/s

cota de soleira 526,00 m

Organs de Geracio

n0 de unidades - tipo 2 Kaplan 4 Francis

potencia nominal por unidade 51.590 kW 105.980 kW

tipo - potincia gerador Ihnbrela 48.875 kW Umbrela 103.500 kW

485

I i . - .. --a:-N^ qup^ .y1M . j 4 046 I 41 11 1 4,1 ^ 1 ^ I

3. A CHEIA EXCEPCIONAL DE 1983

As chuvas que no perTodo de maio a junho de 1983 assolaram

a regiao sul do Brasil, atingiram particularmente no estado

de Sao Paulo, o trecho superior do rio Paranapanema onde se

localizam as usinas de Jurumirim e Xavantes. Ambas chegaram

a operar em condicoes al-em dos limites previstos nos proje

tos, com as comportas totalmente abertas, mantendo-se por

varios dias os nTveis de seus reservatorios acima das cotas

maximas normais. Como consequencia, registraram-se danos di

versos nas usinas, principalmente nas margens e instalac6es

de jusante.

0 nucleo da precipitacao localizou-se sobre o reservatorio

da usina Jurumirim sendo registrados os seguintes Indices

pluviometricos:

USINA AREA BACIAPRECIPITACAO ( mm)

km2 28/05 a 31/05 28/05 a 03/06 28/05 a 12/06

JURUMIRIM 17.800 156 210 426

XAVANTES 27.500 150 202 414

Como se observa, verificou-se uma homogeneidade pluviometri

ca ao longo dessa regia'o da bacia.

Comparando-se as vazoes medias observadas nos meses de maio

e junho de 1983 com as medias do perTodo de 1931 a 1980, po

de ser avaliada a magnitude da cheia observada.

VANES MEDIAS MENSAIS (m'/s

U S I N A M A I 0 J U H 0

1931/80 1983 1931/80 1983

JURUMIRIM 166 590 163 1.539

XAVANTES 260 1 .094 250 2.221

No quadro a seguir s-aao apresentados, como referencia, os da

dos basicos da operacao das usinas durante a cheia de 1983

e sua comparacao com os valores de projeto (Ver anexo IV).

486

Nivel d ' agua maximo reservatorio(m)

NTvel d'agua maximo jusante (m)

Vazao afluente maxima (m3/s)

Vazao efluente maxima (m3/s)

Vazao maxima vertedouro (m3/s)

UHE JURUMIRIM UHE XAVANTES

OCORRIDO PROJETO OCORRIDO PROJ ETO

569,05 569,50 475,30 475,50

537,55 537,60 404,70 403,50

2786 2400 3971 3500

2715 2340 3386 3200

2100 2100 3211 3200

4. ESTUDOS DE REAVALIAPO DAS VAZOES DE CHEIA E DE DESEMPENHO

DAS ESTRUTURAS

Visando proceder a reavaliacao das vazoes alfuentes e ao de

sempenho das estruturas das duas usinas facea ocorrencia da

cheia excepcional , foi elaborado um piano de estudos compos

to das seguintes atividades:

• Diagnostico do Estado Atual das Estruturas;

• Estudos de reavaliaCao das vazoes afluentes para as duas

usinas;

• Estudos preliminares de alternativas para a eventual am

pliacao da capacidade de extravasao das usinas;

• ProgramaCao de levantamentos complementares , eventualmen

to necessarios ao desenvolvimento dos estudos.

4.1 - Diagnostico do Estado Atual das Estuturas

UHE JURUMIRIM

A operaCao do vertedouro com as vazoes elevadas obser

vadas durante a cheia, revelou a ocorrencia de pertur

bacoes na lamina vertente a jusante das comportas com

a agua galgando e vertendo sobre os muros laterais e

tambem incidindo na passarela que atravessa por jusan

to a estrutura.

Apesar disso , o vertedouro e principalmente a concha

do salto de esqui funcionaram de forma satisfatoria,

assim como o descarregador de fundo.

0 nTvel d ' agua maximo atingido pelo reservat6rio no

chegou a alcancar o maximo maximorum previsto, regis

trando-se uma folga de 0,45 m e as estruturas de barra

mento no foram , assim, submetidas a cargas acima das

de projeto.

A jusante , um estreitamento da calha do rio, de enro

camento, lancado com finalidade de garantir nTveis

487

d'agua mTnimos para geracao, foi parcialmente destruT

do.

A esquerda da bacia de amortecimento do salto de es

qui, ocorreram os danos mais significativos : observou-

se erosao de grande area do terreno natural da margem

esquerda , assim como a derrubada de muros de conten

Cao, causadas por uma corrente de recirculacao de sen

tido anti-horario , de grande intensidade , que se on

ginava da descarga efluente do vertedouro durante a

cheia ( ver fotos).

Em inspecao efetuada apos a cheia , contatou - se que a

soleira afogadora ao final da bacia de amortecimento

foi destruTda . Contudo , no interior da bacia nao se

observou evolucao significativa das erosoes , enquanto

que a jusante da soleira afogadora a fossa apresentou

desenvolvimento, sem carater regressivo , chegandoa se

observar um aprofundamento da cratera de 1,00m a 2,00

m. A jusante do descarregador de fundo, observou-se

igual tendencia de evolucdo das erosoes . Considera-se

esta evolucao da fossa de erosao perfeitamente compa

tivel com a magnitude da cheia observada.

A superfTcie da calha vertente e do saldo de esqui do

vertedouro se apresentaram em boas condicoes apos a

cheia. Os dentes defletores ao final do saldo de es

qui nao apresentaram sinal de desgaste , observando-se

suas arestas vivas e bem definidas . A soleira verten

to se apresenta rugosa em funcao do seu desgaste natu

ral, no se observando irregularidade maiorou indTcio

de processo de erosao localizado . Reparos emsua super

fTcie efetuados ha bastante tempo, se apresentam em

continuidade superficial com a calha vertente. Nao se

detectou junto as singularidades e inflexoes nos mu

ros laterais , nem nos dentes defletores , qualquer in

dTcio que pudesse sugerir a ocorrencia de cavitacao.

No circuTto hidraulico do descarregador de fundo e na

tomada d'agua e casa de forca nao foram constatados

quaisquer irregularidades em seu funcionamento ou da

nos em sua superficie.

UHE XAVANTES

0 nTvel d'agua maximo atingido pelo reservat6rio ao

488

Longo da cheia , apresentou uma folga de 0,20 m em re

lacao ao maximo maximorum onde as estruturas de barra

mento no estiveram sujeitas a esforcos superiores aos

previstos pelo projeto.

0 vertedouro e a bacia de dissipacao de energia embo

ra tenham trabalhado no limite de sua capacidade,tive

ram desempenho ao Longo da passagem da cheia que pole

ser considerado como satisfatorio.

0 navel d'agua de jusante mais elevado que o previsto,

por outro lado, foi o responsavel pela maior parte dos

transtornos a operacao da usina durante a cheia. Hou

ve extravasamento da vazao descarregada pelo vertedou

ro por sobre os muros da bacia de dissipacao causando

inundacoes . Na casa de foraa, a sobrelevacao do navel

d'agua em relacao ao navel d'agua maximo previsto pe

lo projeto acarretou , em situacao bastantecritica com

a interrupcao cia pinta de acesso, inundacao do patio

da subestaCao e a entrada de agua por diversas passa

gens e aberturas que segundo o projeto , nao seriam al

canCadas pelo navel d'agua. A situacao foi controlada

atraves de bombeamentos e a utilizacao de sacos de

areia e em nenhum momento a geraCao chegou a ser para

lizada.

0 talude da subestacao foi danificado por uma corren

to de recirculacao originada pelo escoamento efluente

do vertedouro ; o lancamento de um espigaode enrocamen

to no local impediu a evoluCao das erosoes ( ver fotos).

InspeCao realizada apos a passagem da cheia revelou

que o vertedouro, a calha vertente e a estrutura de

dissipacao da energia apresentam - se em bom estado. Ob

servou-se , como era de se esperar , o desgaste superfi

cial dos blocos defletores e dissipadores da soleira

terminal . Comparando - se, todavia , estas observacoes

com inspeCao realizada imediatamente antes da cheia,

verifica - se que os danos foram de proporcoes minimas

e de caracteristicas semelhantes aos que vinham sendo

observados ao longo da operacao normal da usina. Foi

mantida a total integridade da bacia de dissipaca'o,

nao se constatando anormalidades que pudessem sugerir

risco para a estabilidade da estrutura.

489

0 rapido do vertedouro se apresenta com o concreto ru

goso em sua superficie, fruto do seu desgaste natural,

no se notanto indicios de processo erosivo localiza

do nem junto a singularidades como a jusante dos pila

res, ranhuras, inflexoes e saidas de tubos de drena

gem. Os desgastes observados na calha assim como na

bacia de dissipacao, sao causados por abrasao, nao su

gerindo a ocorrencia de erosao por cavitacao.

0 circuTto hidraulico do sistema de geracao no apre

sentou qualquer irregularidade.

4.2 - Reavaliacao das Vazoes de Projeto

Considerando-se as afluencias maximas registradas du

rante a cheia de 1983 em Jurumirim de 2786 m3/s e em

Xavantes de 3971 m3/s, procedeu-se a um estudo de rea

valiacao das vazoes de projeto pela verificacao dos

hidrogramas de cheias afluentes consideradas no proje

to das estruturas extravasoras.

Foi adotada a distribuicaode probabilidade log-normal

resultando na determinacao das vazoes decamilenares de

3020 m3/s Para Jurumirim e 4400 m3/s Para a area in

termediaria entre Jurumirim e Xavantes (Anexo V).

No trabalho de analise de alternativas de ampliacao da

capacidade de extravasao das duas usinas,adotou-se co

mo forma base da cheia afluente ao reservatorio o hi

drograma unitario original de projeto e o pico de va

zao correspondente a recorrencia decamilenar. Os re

sultados estao apresentados no anexo VI.

De posse desses dados procedeu-se ao amortecimento da

cheia para as usinas adotando-se para a afluencia de

Xavantes a concomitancia de pico da defluencia de Ju

rumirim com a afluencia da bacia intermediaria Jurumi

rim/Xavantes.

Quatro casos foram considerados como hipoteses para o

estudo de amortecimento da cheia que considerou como

situacao de partida o reservatorio das usinas em seu

nivel d'agua maximo normal.

Os resultados estao apresentados no quadro a seguir,

tendo sido adotado para o estudo preliminar de alter

nativas o caso correspondente a situacao de operacao

com restricoes conforme as regras atualmente conside

490

radar e as turbinas fora de operacao.

SEM RESTRICOES OPERATIVAS

SEM TURBINAS

USINACHEIA DECAMILENAR

j JURUMIRIMIXAVANTESI

NA maxima atingido 569,09 476,19

NA maxlmo maximorum -NA max . atingido + 0,41 - 0,69

Vazao maxima afluente 3020 6768

Vazao maxima aefluente 2368 3516

CCM TURBINAS

USINA

CHEIA DECAMILENARJURUMIRIMIXAVANTESI

NA maximo atingido 568,93 475,85

NA maximo raximorum-NA max . atingido + 0,57 - 0,35


Vazao maxima defluente 2257 3685

COM RESTRICOES OPER ATIVAS

SEM TJ EINAS *

JSINACHEIA DECAMILENAR

JURUMIRIMIXA 'VANTESI

NA maxima atingido 569,38 1 476,58

NA maxima maximorum - NA max . atingida + 0,12 - 1,08



COM TURBINAS


JURUMIRIMIXAVANTES


NA maxima maximorum -NA max .atingido + 0,26 - 1,00



io macs critica;ituar

4.3 - Estudo preliminar de SoluCoes Alternativas

UHE JURUMIRIM

Como se observa, os orgaos extravasores da UHE Jurumi

rim tem capacidade de descarga suficiente para aten

der a vazao maxima efluente de 2481 m3/s sem que o ni

vel d'agua no reservatorio exceda ao maximo maximorum

previsto pelo projeto. Torna-se, assim, desnecessaria

a ampliacao de capacidade dos orgaos extravasores da

usina, sendo contudo recomendavel a adoca-o de medidas

visando melhorar as condicoes de escoamento no verte

douro.

0 controle do escoamento exercido pelo bocal de entra

da do vertedouro e inadequado sob o ponto de vista da

seguranca, uma vez que, alem das instabilidades gera

das no escoamento, provoca uma reducao no coeficiente

de vazao da estrutura exigindo nTveis d'agua mais ele

vados do que em condicoes de escoamento com lamina li

vre.

Uma alternativa para solucionar o problema consiste em

eliminar a entrada em forma de bocal remanejando-se a

estrutura superior, apoiando-se a ponte de servico so

bre os pilares do vertedouro. Esta alternativa impli

491

caria na total reforma ou mesmo a troca das comportas

de segmento por outras de maiores dimensoes, cuja co

to da extremidade superior deveria alcancar,nestas no

vas condicoes, o nivel d'agua maximo normal. Alm dis

so, o incremento na altura das comportas exigiria tam

bem o deslocamento do eixo dos munhoes, o que implica

ria em modificacoes de carater estrutural nos pilares.

Uma segunda alternativa compreende a elevacao do teto

do bocal de modo a que a superficie da lamina d'agua

maxima simplesmente faceie a superficie de concreto do

teto. Esta solucao tambem exigiria a amp Iiacaodas com

portas, porem em menor grau, para a sua adaptacao ao

novo bocal.

Como terceira alternativa, cogita-se rebaixar a solei

ra do vertedouro e a adaptar as comportas ao novo bo

cal. Esta solucao requer o ensecamento de cada vao

atraves de uma comporta especial.

Sob o aspecto hidraulico esta alternativa se mostraria

a mais interessante uma vez que o vertedouro teria tam

bem a sua capacidade de vazao ampliada.

Estas alternativas estao sendo presentemente avalia

das e detalhadas construtivamente a fim de serem com

paradas sob o aspecto tecnico e de custos.

UHE XAVANTES

As alternativas preliminarmente aventadas paraa ampli

acao da capacidade de extravasao, com vistasa atender

a nova vazao maxima de 3665 m3/s, contemplam tres ti

pos de solucao, assim grupadas:

• alternativas onde se continua contanto exclusivamen

to com a estrutura extravasora existente e conside

ra-se uma capacidade adicional de amortecimento do

reservatorio, adimitindo-se a sua sobrelevacao aci

ma do nivel maximo maximorum atual e o extravasamen

to de uma descarga pelo vertedouro superior a origi

nalmente prevista pelo projeto.

• alternativas onde se propoe propriamentea ampliacao

da estrutura extravasora existente ou a execucao de

estrutura complementar.

• alternativas que combinam as solucoes acima propos

tas.

492

A hipotese do rebaixamento previo do reservatorio foi

de antemao considerada como descartada , uma vez que o

regime hidrologico do rio Paranapanema no se configu

ra com uma regularidade que permita ident if icarcom se

guranca um periodo predominante de cheias.Considerou-

se como unica hipotese admissive ) para as alternativas

do primeiro grupo, o amortecimento da cheia afluente

a partir da situacao de nivel d'agua maximo normal do

reservatorio.

0 vertedouro existente na usina tem capacidade de ex

travasar a vazao maxima aproximada de 3200 m3/s. E im

portante contudo ressaltar que durante a cheia de1983

quando tal vazao chegou a ser observada, on ivel d'agua

a jusante se mostrou superior ao valor previsto pela

curva - chave utilizada na operacao da usina.Esta sobre

levacao e favoravel ao desempenho da bacia de dissipa

cao aumentando a parcela de energia dissipada do escoa

mento vertente e garantindo uma maior seguranca quan

to a possibilidade de expulsaò do ressalto. E interes

sante citar que nos testes experimentais efetuados em

modelo reduzido por ocasiao do projeto das obras, foi

u t i l i z a d a a curva-chave com os n i v e i s m a i s baixos a ob

servado o desempenho satisfatorio da bacia de dissipa

cao. Estas analises permitem preliminarmente admitir,

sob o aspecto hidraulico, que o vertedouro possa fun

cionar para vazoes superiores a 3200 m3 / s, maxima ad

mitida pelo projeto original. Estes estudos deverao

ser objeto de analise especifica atraves de estudos

complementares incluindo a verificacaoda estabilidade

da laje da bacia.

Quanto as alternativas do segundo grupo, foram descar

tadas solucoes de ampliacao do vertedouro existente,

visto que as hipoteses de rebaixamento da soleira ou

aumento da extensao da crista se mostram inviaveis.Fo

ram em sequencia pesquisadas alternativas propondo a

execucao de uma estrutura extravasora complementar.

As soluCoes que de antemao se apresentam mais atraen

tes, tendo em conta a configuracao do arranjo da UHE

Xavantes, consistem na implantaCao deuma estrutura ex

travasora comp] ementarem tune lsob re umadas ombreiras.

493

I I Î II P is q' I $ 4 , W (.^l^l^ i^. .pi Ii^M MM

A ombreira direita, face a localizaCao da subestacao

a jusante, no se mostra adequada, restando portanto a

ombreira esquerda que passou a ser considerada nos es

tudos de alternativas.

Outra alternativa deste grupo em analise se refere a

adocao de vertedouros de emergencia posicionados em se

las no reservat6rio de modo a transferir o complemen

to de vazao a ser extravasada para bacias adjacentes,

aproveitando talvegues e pequenos cursos naturals.

As solucoes do terceiro grupo, em que se pretende con

tar com um aumento da vazao e ser extravasada pel o ver

tedouro existente e descarregar a diferenca por uma es

trutura complementar, somente serao cogitadas apos o

estudo do desempenho da bacia de dissipacao para as

vazoes acima de 3200 m3/s.

5. CONSIDERACOES

Os estudos de detalhamento tecnico- construtivo e de custos

das solucoes alternativas apresentadas, estao em fase de de

senvolvimento. Levantamentos complementares estruturais,geo

logico-geotecnicos e demais eventualmente necessarios, deve

rao ser especificados para a elaboracao do projeto da alter

nativa que se mostrar mais promissora.

6. AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao corpo tecnico e administrativo da

CESP, ENGEVIX e a todos que direta ou indiretamente colabo

raram para a elaboracao deste trabalho.

7. REFERENCIAS

- "Relatorio Apreciativo sob re efeito causados por enchentes

em Aproveitamentos da CESP" - CESP, SP, 1984.

"Estudos de Vazao maximas de cheias para Jurumirim / Xavan

tes" - CESP, SP, 1986.

"Relatorio descritivo dos Estudos de Adequacao dos orgaos

de descarga - Bacia do Paranapanema" - CNEC, 1979.

"Estudos de AvaIiacao das condicoes de seguranca das Estru

turas de GeraCao, Extravasao e Dissipacao face as cheias

excepcionais" - ENGEVIX, 1986.

494


ESTUDO DE REAVALIACAO DAS VAZOES DE

CHEIA E DE DESEMPENHO DAS ESTRUTURAS

APOS A PASSAGEM DA CHEIA EXCEPCIONAL

DE 1983

1. INTRODUCAO

Este trabalho relata os estudos que vem sendo desenvolvidos

de reavaliacao das vazoes de projeto e de desempenho das es

truturas componentes das usinas de Jurumirim e Xavantes, mo

tivados pela passagem da cheia exceptional de 1983 que le

you as duas usinas a operarem em condicoes alem dos limites

previstos nos projetos.

2. CARACTERISTICAS DAS USINAS

As usinas de Jurumirim e Xavantes situam-se no rio Paranapa

nema conforme apresentado no Anexo I e suas caracterTsticas

principais sao listadas

III;.

no quadro a seguir (Ver anexos II e

Localizacao. Municlplo

Area de drenagem

Tipo de barramento

JURUMIRIM

Cerquelra Cesar /Plraju

18.130 kW

8arragem de concreto ti

XAVANTES

Xavantes /Ribeirao Claro

27.500 km'

Barragem de enrocamento

po gravidade a diques de

terra

r,no de conclusao 1962 1970

Desnivel entre a nascente e a barragem 228 m 372 m

Extensio do reservatorio 170 km 50 km

Cola de coroamento 570.00 m 479,60 m

Altura maxima 50,0 m 92,0 m

de terra 230.000 m'

Volume de terra e enrocamento 5.814.000 m'

Volume de concreto 200.000 m' 239.000 m'

Niveis caracteristicos do reservatorio

Nivel d ' igua miximo maximorum 569,50 m 475,50 m

Nivel d' igua nraximo nornial 568,00 m 474.00 m

Nivel d ' igua minimo operational 559,70 m 465,20 m

Condicoes a Jusante

Nivel d ' igua nnximo maximorum 537,60 m 403,50 m

Nivel d'igua miximo normal 536,50 m 398,67 m

Nivel d'agua minimo operational 531,00 m 397,22 m

Organs de descarga

Vertedouro de superficie

n0 vaos x comporta ( larg. x alt.) 3 x 12,50 m x 6,00 m 3 x 14,00 m x 15,50 m

descarga por vao 850 m'/s 1.070 m'/s

cota de crista de soleira 560,00 m 462,15 m

Descarga de fundo

n9 vaos x comporta ( larg. x alt.) 2 x 3,30 m x 5,00 mdescarga por vao 125 m'/s

cota de soleira 526,00 m

Organs de Geracio

n0 de unidades - tipo 2 Kaplan 4 Francis

potencia nominal por unidade 51.590 kW 105.980 kW

tipo - potincia gerador Ihnbrela 48.875 kW Umbrela 103.500 kW

485

I i . - .. --a:-N^ qup^ .y1M . j 4 046 I 41 11 1 4,1 ^ 1 ^ I

3. A CHEIA EXCEPCIONAL DE 1983

As chuvas que no perTodo de maio a junho de 1983 assolaram

a regiao sul do Brasil, atingiram particularmente no estado

de Sao Paulo, o trecho superior do rio Paranapanema onde se

localizam as usinas de Jurumirim e Xavantes. Ambas chegaram

a operar em condicoes al-em dos limites previstos nos proje

tos, com as comportas totalmente abertas, mantendo-se por

varios dias os nTveis de seus reservatorios acima das cotas

maximas normais. Como consequencia, registraram-se danos di

versos nas usinas, principalmente nas margens e instalac6es

de jusante.

0 nucleo da precipitacao localizou-se sobre o reservatorio

da usina Jurumirim sendo registrados os seguintes Indices

pluviometricos:

USINA AREA BACIAPRECIPITACAO ( mm)

km2 28/05 a 31/05 28/05 a 03/06 28/05 a 12/06

JURUMIRIM 17.800 156 210 426

XAVANTES 27.500 150 202 414

Como se observa, verificou-se uma homogeneidade pluviometri

ca ao longo dessa regia'o da bacia.

Comparando-se as vazoes medias observadas nos meses de maio

e junho de 1983 com as medias do perTodo de 1931 a 1980, po

de ser avaliada a magnitude da cheia observada.

VANES MEDIAS MENSAIS (m'/s

U S I N A M A I 0 J U H 0

1931/80 1983 1931/80 1983

JURUMIRIM 166 590 163 1.539

XAVANTES 260 1 .094 250 2.221

No quadro a seguir s-aao apresentados, como referencia, os da

dos basicos da operacao das usinas durante a cheia de 1983

e sua comparacao com os valores de projeto (Ver anexo IV).

486

Nivel d ' agua maximo reservatorio(m)

NTvel d'agua maximo jusante (m)

Vazao afluente maxima (m3/s)

Vazao efluente maxima (m3/s)

Vazao maxima vertedouro (m3/s)

UHE JURUMIRIM UHE XAVANTES

OCORRIDO PROJETO OCORRIDO PROJ ETO

569,05 569,50 475,30 475,50

537,55 537,60 404,70 403,50

2786 2400 3971 3500

2715 2340 3386 3200

2100 2100 3211 3200

4. ESTUDOS DE REAVALIAPO DAS VAZOES DE CHEIA E DE DESEMPENHO

DAS ESTRUTURAS

Visando proceder a reavaliacao das vazoes alfuentes e ao de

sempenho das estruturas das duas usinas facea ocorrencia da

cheia excepcional , foi elaborado um piano de estudos compos

to das seguintes atividades:

• Diagnostico do Estado Atual das Estruturas;

• Estudos de reavaliaCao das vazoes afluentes para as duas

usinas;

• Estudos preliminares de alternativas para a eventual am

pliacao da capacidade de extravasao das usinas;

• ProgramaCao de levantamentos complementares , eventualmen

to necessarios ao desenvolvimento dos estudos.

4.1 - Diagnostico do Estado Atual das Estuturas

UHE JURUMIRIM

A operaCao do vertedouro com as vazoes elevadas obser

vadas durante a cheia, revelou a ocorrencia de pertur

bacoes na lamina vertente a jusante das comportas com

a agua galgando e vertendo sobre os muros laterais e

tambem incidindo na passarela que atravessa por jusan

to a estrutura.

Apesar disso , o vertedouro e principalmente a concha

do salto de esqui funcionaram de forma satisfatoria,

assim como o descarregador de fundo.

0 nTvel d ' agua maximo atingido pelo reservat6rio no

chegou a alcancar o maximo maximorum previsto, regis

trando-se uma folga de 0,45 m e as estruturas de barra

mento no foram , assim, submetidas a cargas acima das

de projeto.

A jusante , um estreitamento da calha do rio, de enro

camento, lancado com finalidade de garantir nTveis

487

d'agua mTnimos para geracao, foi parcialmente destruT

do.

A esquerda da bacia de amortecimento do salto de es

qui, ocorreram os danos mais significativos : observou-

se erosao de grande area do terreno natural da margem

esquerda , assim como a derrubada de muros de conten

Cao, causadas por uma corrente de recirculacao de sen

tido anti-horario , de grande intensidade , que se on

ginava da descarga efluente do vertedouro durante a

cheia ( ver fotos).

Em inspecao efetuada apos a cheia , contatou - se que a

soleira afogadora ao final da bacia de amortecimento

foi destruTda . Contudo , no interior da bacia nao se

observou evolucao significativa das erosoes , enquanto

que a jusante da soleira afogadora a fossa apresentou

desenvolvimento, sem carater regressivo , chegandoa se

observar um aprofundamento da cratera de 1,00m a 2,00

m. A jusante do descarregador de fundo, observou-se

igual tendencia de evolucdo das erosoes . Considera-se

esta evolucao da fossa de erosao perfeitamente compa

tivel com a magnitude da cheia observada.

A superfTcie da calha vertente e do saldo de esqui do

vertedouro se apresentaram em boas condicoes apos a

cheia. Os dentes defletores ao final do saldo de es

qui nao apresentaram sinal de desgaste , observando-se

suas arestas vivas e bem definidas . A soleira verten

to se apresenta rugosa em funcao do seu desgaste natu

ral, no se observando irregularidade maiorou indTcio

de processo de erosao localizado . Reparos emsua super

fTcie efetuados ha bastante tempo, se apresentam em

continuidade superficial com a calha vertente. Nao se

detectou junto as singularidades e inflexoes nos mu

ros laterais , nem nos dentes defletores , qualquer in

dTcio que pudesse sugerir a ocorrencia de cavitacao.

No circuTto hidraulico do descarregador de fundo e na

tomada d'agua e casa de forca nao foram constatados

quaisquer irregularidades em seu funcionamento ou da

nos em sua superficie.

UHE XAVANTES

0 nTvel d'agua maximo atingido pelo reservat6rio ao

488

Longo da cheia , apresentou uma folga de 0,20 m em re

lacao ao maximo maximorum onde as estruturas de barra

mento no estiveram sujeitas a esforcos superiores aos

previstos pelo projeto.

0 vertedouro e a bacia de dissipacao de energia embo

ra tenham trabalhado no limite de sua capacidade,tive

ram desempenho ao Longo da passagem da cheia que pole

ser considerado como satisfatorio.

0 navel d'agua de jusante mais elevado que o previsto,

por outro lado, foi o responsavel pela maior parte dos

transtornos a operacao da usina durante a cheia. Hou

ve extravasamento da vazao descarregada pelo vertedou

ro por sobre os muros da bacia de dissipacao causando

inundacoes . Na casa de foraa, a sobrelevacao do navel

d'agua em relacao ao navel d'agua maximo previsto pe

lo projeto acarretou , em situacao bastantecritica com

a interrupcao cia pinta de acesso, inundacao do patio

da subestaCao e a entrada de agua por diversas passa

gens e aberturas que segundo o projeto , nao seriam al

canCadas pelo navel d'agua. A situacao foi controlada

atraves de bombeamentos e a utilizacao de sacos de

areia e em nenhum momento a geraCao chegou a ser para

lizada.

0 talude da subestacao foi danificado por uma corren

to de recirculacao originada pelo escoamento efluente

do vertedouro ; o lancamento de um espigaode enrocamen

to no local impediu a evoluCao das erosoes ( ver fotos).

InspeCao realizada apos a passagem da cheia revelou

que o vertedouro, a calha vertente e a estrutura de

dissipacao da energia apresentam - se em bom estado. Ob

servou-se , como era de se esperar , o desgaste superfi

cial dos blocos defletores e dissipadores da soleira

terminal . Comparando - se, todavia , estas observacoes

com inspeCao realizada imediatamente antes da cheia,

verifica - se que os danos foram de proporcoes minimas

e de caracteristicas semelhantes aos que vinham sendo

observados ao longo da operacao normal da usina. Foi

mantida a total integridade da bacia de dissipaca'o,

nao se constatando anormalidades que pudessem sugerir

risco para a estabilidade da estrutura.

489

0 rapido do vertedouro se apresenta com o concreto ru

goso em sua superficie, fruto do seu desgaste natural,

no se notanto indicios de processo erosivo localiza

do nem junto a singularidades como a jusante dos pila

res, ranhuras, inflexoes e saidas de tubos de drena

gem. Os desgastes observados na calha assim como na

bacia de dissipacao, sao causados por abrasao, nao su

gerindo a ocorrencia de erosao por cavitacao.

0 circuTto hidraulico do sistema de geracao no apre

sentou qualquer irregularidade.

4.2 - Reavaliacao das Vazoes de Projeto

Considerando-se as afluencias maximas registradas du

rante a cheia de 1983 em Jurumirim de 2786 m3/s e em

Xavantes de 3971 m3/s, procedeu-se a um estudo de rea

valiacao das vazoes de projeto pela verificacao dos

hidrogramas de cheias afluentes consideradas no proje

to das estruturas extravasoras.

Foi adotada a distribuicaode probabilidade log-normal

resultando na determinacao das vazoes decamilenares de

3020 m3/s Para Jurumirim e 4400 m3/s Para a area in

termediaria entre Jurumirim e Xavantes (Anexo V).

No trabalho de analise de alternativas de ampliacao da

capacidade de extravasao das duas usinas,adotou-se co

mo forma base da cheia afluente ao reservatorio o hi

drograma unitario original de projeto e o pico de va

zao correspondente a recorrencia decamilenar. Os re

sultados estao apresentados no anexo VI.

De posse desses dados procedeu-se ao amortecimento da

cheia para as usinas adotando-se para a afluencia de

Xavantes a concomitancia de pico da defluencia de Ju

rumirim com a afluencia da bacia intermediaria Jurumi

rim/Xavantes.

Quatro casos foram considerados como hipoteses para o

estudo de amortecimento da cheia que considerou como

situacao de partida o reservatorio das usinas em seu

nivel d'agua maximo normal.

Os resultados estao apresentados no quadro a seguir,

tendo sido adotado para o estudo preliminar de alter

nativas o caso correspondente a situacao de operacao

com restricoes conforme as regras atualmente conside

490

radar e as turbinas fora de operacao.

SEM RESTRICOES OPERATIVAS

SEM TURBINAS


j JURUMIRIMIXAVANTESI


NA maxlmo maximorum -NA max . atingido + 0,41 - 0,69


Vazao maxima aefluente 2368 3516

CCM TURBINAS

USINA

CHEIA DECAMILENARJURUMIRIMIXAVANTESI

NA maximo atingido 568,93 475,85

NA maximo raximorum-NA max . atingido + 0,57 - 0,35



COM RESTRICOES OPER ATIVAS

SEM TJ EINAS *

JSINACHEIA DECAMILENAR

JURUMIRIMIXA 'VANTESI

NA maxima atingido 569,38 1 476,58

NA maxima maximorum - NA max . atingida + 0,12 - 1,08



COM TURBINAS


JURUMIRIMIXAVANTES


NA maxima maximorum -NA max .atingido + 0,26 - 1,00



io macs critica;ituar

4.3 - Estudo preliminar de SoluCoes Alternativas

UHE JURUMIRIM

Como se observa, os orgaos extravasores da UHE Jurumi

rim tem capacidade de descarga suficiente para aten

der a vazao maxima efluente de 2481 m3/s sem que o ni

vel d'agua no reservatorio exceda ao maximo maximorum

previsto pelo projeto. Torna-se, assim, desnecessaria

a ampliacao de capacidade dos orgaos extravasores da

usina, sendo contudo recomendavel a adoca-o de medidas

visando melhorar as condicoes de escoamento no verte

douro.

0 controle do escoamento exercido pelo bocal de entra

da do vertedouro e inadequado sob o ponto de vista da

seguranca, uma vez que, alem das instabilidades gera

das no escoamento, provoca uma reducao no coeficiente

de vazao da estrutura exigindo nTveis d'agua mais ele

vados do que em condicoes de escoamento com lamina li

vre.

Uma alternativa para solucionar o problema consiste em

eliminar a entrada em forma de bocal remanejando-se a

estrutura superior, apoiando-se a ponte de servico so

bre os pilares do vertedouro. Esta alternativa impli

491

caria na total reforma ou mesmo a troca das comportas

de segmento por outras de maiores dimensoes, cuja co

to da extremidade superior deveria alcancar,nestas no

vas condicoes, o nivel d'agua maximo normal. Alm dis

so, o incremento na altura das comportas exigiria tam

bem o deslocamento do eixo dos munhoes, o que implica

ria em modificacoes de carater estrutural nos pilares.

Uma segunda alternativa compreende a elevacao do teto

do bocal de modo a que a superficie da lamina d'agua

maxima simplesmente faceie a superficie de concreto do

teto. Esta solucao tambem exigiria a amp Iiacaodas com

portas, porem em menor grau, para a sua adaptacao ao

novo bocal.

Como terceira alternativa, cogita-se rebaixar a solei

ra do vertedouro e a adaptar as comportas ao novo bo

cal. Esta solucao requer o ensecamento de cada vao

atraves de uma comporta especial.

Sob o aspecto hidraulico esta alternativa se mostraria

a mais interessante uma vez que o vertedouro teria tam

bem a sua capacidade de vazao ampliada.

Estas alternativas estao sendo presentemente avalia

das e detalhadas construtivamente a fim de serem com

paradas sob o aspecto tecnico e de custos.

UHE XAVANTES

As alternativas preliminarmente aventadas paraa ampli

acao da capacidade de extravasao, com vistasa atender

a nova vazao maxima de 3665 m3/s, contemplam tres ti

pos de solucao, assim grupadas:

• alternativas onde se continua contanto exclusivamen

to com a estrutura extravasora existente e conside

ra-se uma capacidade adicional de amortecimento do

reservatorio, adimitindo-se a sua sobrelevacao aci

ma do nivel maximo maximorum atual e o extravasamen

to de uma descarga pelo vertedouro superior a origi

nalmente prevista pelo projeto.

• alternativas onde se propoe propriamentea ampliacao

da estrutura extravasora existente ou a execucao de

estrutura complementar.

• alternativas que combinam as solucoes acima propos

tas.

492

A hipotese do rebaixamento previo do reservatorio foi

de antemao considerada como descartada , uma vez que o

regime hidrologico do rio Paranapanema no se configu

ra com uma regularidade que permita ident if icarcom se

guranca um periodo predominante de cheias.Considerou-

se como unica hipotese admissive ) para as alternativas

do primeiro grupo, o amortecimento da cheia afluente

a partir da situacao de nivel d'agua maximo normal do

reservatorio.

0 vertedouro existente na usina tem capacidade de ex

travasar a vazao maxima aproximada de 3200 m3/s. E im

portante contudo ressaltar que durante a cheia de1983

quando tal vazao chegou a ser observada, on ivel d'agua

a jusante se mostrou superior ao valor previsto pela

curva - chave utilizada na operacao da usina.Esta sobre

levacao e favoravel ao desempenho da bacia de dissipa

cao aumentando a parcela de energia dissipada do escoa

mento vertente e garantindo uma maior seguranca quan

to a possibilidade de expulsaò do ressalto. E interes

sante citar que nos testes experimentais efetuados em

modelo reduzido por ocasiao do projeto das obras, foi

u t i l i z a d a a curva-chave com os n i v e i s m a i s baixos a ob

servado o desempenho satisfatorio da bacia de dissipa

cao. Estas analises permitem preliminarmente admitir,

sob o aspecto hidraulico, que o vertedouro possa fun

cionar para vazoes superiores a 3200 m3 / s, maxima ad

mitida pelo projeto original. Estes estudos deverao

ser objeto de analise especifica atraves de estudos

complementares incluindo a verificacaoda estabilidade

da laje da bacia.

Quanto as alternativas do segundo grupo, foram descar

tadas solucoes de ampliacao do vertedouro existente,

visto que as hipoteses de rebaixamento da soleira ou

aumento da extensao da crista se mostram inviaveis.Fo

ram em sequencia pesquisadas alternativas propondo a

execucao de uma estrutura extravasora complementar.

As soluCoes que de antemao se apresentam mais atraen

tes, tendo em conta a configuracao do arranjo da UHE

Xavantes, consistem na implantaCao deuma estrutura ex

travasora comp] ementarem tune lsob re umadas ombreiras.

493

















5. CONSIDERACOES







6. AGRADECIMENTOS




7. REFERENCIAS










494

















5. CONSIDERACOES







6. AGRADECIMENTOS




7. REFERENCIAS










494

OO

Yd

NQ

495

496

I

QzU,D

497

0XW

z

569,50

569,00

56e,00

100

r 5000

567,00 L_ 0

0„ 0

ÊUEI-r"

o e 50

w^to

100

475,50 5000

475,00

= 474,00

4000

3000

nE

02000

Q1

ro-I

J U R U M I R I M

569,05

I ^ .

- _i

I ^

}

^

27

I

86 m31715 MV-3

II M

•^- - i - - ^^^ 1^^

I

LE GENDA'^- -•-•- NNEL O'AGUA

- ^- -^ _ -_ /--+- - ---- VAZAO OEFLUENTE

VAZAO AFLUENTE

-FTTTF F ELI

-

I

I 475 30

XAVANTES

,

i f 391 X13At

3386m3%n

II

LEGENDA:

I l ---• / : -^ - -•-•- NIVEL D•4G Ai

- ^- - -^ -

.

-

U

---- VAZAO DEFLUENTE -- - -

/ - - --*-

I

AO AF TEA E-- '^ V LU NZ

JUNNO/83

ANEXOIV

VALORES MEDIOS DIARIOS OBSERVADOS EM JURUMIRIM E XAVANTES

DURANTE 0 EVENTO HIDROLOGICO DE MAIO E JUNHO DE 1983

498

rRINP440u;...l I I . ,,,` "-"1'P

PROBABILIDADE (%)

99,99 99 ,9 99,8 99 ,5 99 98 95 90 80 70 60 50 40 50 20 10 5 2 1 0,5 0,2 0,1 0,15 0.01 10000

J U R U M I R I M

5000

4000

3 000 3 020

2000 n^

Q

f 1000

IO

X 00

a 600 - - o W

500

400

300

200

100 IT- 2 10 100 1000 10000

TEMPO DE RECORRE' NCIA (onof)

PROBABILIDADE (%)

99,99 99,9 99 ,8 99,5 99 98 95 90 80 70 60 50 40 30 20 10 5 2 1 0 , 5 0,2 0,1 0,05 0,01

BACIA INTERMEDIARIA JURUMIRIM /XAVANTES

5000 4400

4000

3000

2000

E

a

= 1000

iiII

X-0 i

3 BooO

H

600 i

500 4 00

300 I _ ao° i

200 ^--^ -

2 10 100 1000 10000

TEMPO OE RECORRCNCIA (onosI

ANEXO V

CHEIA MAXIMAS - DISTRIBUIcAO DE FREQUE'NCIA LOG-NORMAL

499

3000

2 000

O

1500

1000

500

Qp. 30201n3/s (TR= 10000 onos)JURUMIRIM

I

II HIOR06 RAIIA DE PRnJETO

AII

f _A

I^ I

I; I CHEIA DE 1983

I 1 1

Î II Ì

I ' 11

A/1 1 f

10

4 QQP

20 30

TEMPO (dias )50

OD n 44001n3/s (TR. 10oo0anos)ABACIA INTERMEDI RIA

JURUMIRIM / XAVANTES

HIDROGRAMA OE PROJET0

CMEIA DE 19 83

I I Il

,J \I \ I 1 j \

15 20

TEMPO (dios )ANEXO V I

HIDROGRAMA DA CHEIA DE 1983 E HIDROGRAMA DEPROJETO EM JURUMIRIM E BACIA INTERMED ( 4RIA A XtVANTES

500

""T"'"""'11 -11 1 1 11ll 1 I „+,r.gpR is•.., I I I. I

UHE JURUMURIM - Vista de jusante do vertedouro.

UHE JURUMIRIM - Erosa'o na margem esquerda a jusante do verte

douro causada pela passagem da cheia de 1983.

501

UHE XAVANTES - Vista do rapido do vertedouro.

mUHE XAVANTES - Canal de fuga da usina e subestacao cujo talude

foi parcialmente danificadona passagem da cheia

de 1983.

502

I

RESUMO

As usinas de Jurumirim e Xavantes, no rio Paranapanema, foram

construidas para vazoes de extravasao maximas de 2.700 e 3,200

m3 /s, respectivamente. 0 evento hidrologico de 1983, quando a

regiao sul/sudeste do Brasil registrou ocorrencia de chuvas ex

cepcionais sem precedentes, ensejou a reavaliacio daquelas va

zoes resultando novos valores maximos afluentes aos reservato

rios. Face a estas vazoes, procurou-se analisar as estruturas

das usinas referidas, em presenca das descargas resultantes e

dos esforcos consequentes e, portanto , sob condicoesnao previs

tas nos projetos originais. Verificou -se o desempenho dos or

gaos de descarga para situacoes operacionais com e sem restri

toes, conjugadas as elevacoes dos niveis d'agua nos reservato

rios, em comparacao com os projetos originais, devido a borda

livre existents. Ue r ificou -se aindd, o comportamento teoricodas bacias de dissipacao e as possiveis implicacoes em termos

de N.A.'s, ressaltos e reparos necessarios.

503

Documents

ESTRUTIIRAS APES A PASSAGEM DA CHETA EXCEPCIONAL … DE JURUMIRIM E XAVANTES.pdf · d'agua mTnimos para geracao, foi parcialmente destruT do. A esquerda da bacia de amortecimento