Modelagem numérica do fluxo hidráulico na fundação da UHE Dona Francisca

Abstract

As estruturas de barragens são comumente utilizadas para maximizar a utilização de recursos hídricos. Contudo, o rompimento destas estruturas pode levar a danos ambientais, sociais e econômicos, sendo imprescindível a garantia da segurança dos maciços construídos. No que diz respeito às barragens de concreto, as principais causas de rompimento estão relacionadas a problemas de erosão interna do leito de assentamento e deslizamento/tombamento da estrutura, que estão intimamente ligados ao comportamento da fundação. Além das incertezas atreladas à definição dos parâmetros geológicos e geotécnicos na fase de projeto, a construção da barragem e enchimento do reservatório podem acarretar em mudanças nas condições de contorno do maciço de fundação. Sendo assim, o presente trabalho propõe um estudo do fluxo hidráulico na fundação da UHE Dona Francisca, a qual é composta por rochas da formação Caturrita e é caracterizada por arenitos com a presença de conglomerados de siltitos que, devido às suas características, podem apresentar planos desfavoráveis à estabilidade do maciço. O estudo busca reavaliar os parâmetros considerados em projeto através da modelagem numérica da fundação da barragem, comparando-se os valores de poropressão e vazão obtidos nas simulações com os dados de instrumentação dos 18 anos de operação da usina. Foram estudados 2 modelos de perfis estratigráficos, para os quais foram variados os coeficientes de condutividade hidráulica, com valores obtidos em ensaios de campo e de laboratório; a anisotropia dos materiais de arenito; e foram feitas alterações nos sistemas de controle de fluxo e de poropressões da barragem. Os resultados das simulações mostram que os parâmetros geotécnicos adotados na fase de projeto refletem de forma satisfatória o comportamento da fundação da barragem ao longo de sua operação. Entretanto, a proximidade entre os piezômetros da seção crítica e as linhas de drenagem de montante resultou em pequenas variações nas poropressões simuladas, com consequências na interpretação dos dados de monitoramento. Os modelos que alteraram os sistemas de controle de fluxo e poropressões comprovaram a importância do sistema de drenagem, o qual tem papel fundamental no alívio das subpressões.

Dams are commonly used to maximize the use of water resources. However, the failure of these structures can lead to environmental, social and economic losses and it is essential to guarantee the safety of these constructions. Concerning concrete dams, the main causes of failure are related to problems of internal erosion of the underlying materials and structural sliding/overturning which are closely connected to the foundation behavior. In addition to the uncertainties linked to the definition of geological and geotechnical parameters in the design phase, dam construction and reservoir filling can lead to changes in the boundary conditions of the foundation mass. The present work studied the hydraulic flow at the Dona Francisca HPP foundation which is composed by rocks of the Caturrita Formation, characterized as sandstones with the presence of siltstone conglomerates which, due to their characteristics, may present unfavorable layers. The study aimed to a) reevaluate the parameters considered in the design phase by carrying out a numerical modeling of the dam foundation and b) compare the pore pressure and flow values obtained in the simulations with those obtained by the monitoring instruments during the 18 years of the plant operation. Two stratigraphic profile models were studied in which the hydraulic conductivity coefficients and values of anisotropy of sandstone materials have been changed, beside the geometry of the flow and pore pressure control system. The results of the simulations showed that the geotechnical parameters adopted in the design phase satisfactorily reflect the behavior of the dam foundation throughout its operation. However, the proximity between the piezometers at the critical section and the upstream drainage lines caused small variations in the simulated pore pressures for all scenarios, with consequences for the monitoring interpretation. The simulations that modified the flow and pore pressure control systems proved the importance of the existing drainage system which plays a fundamental role in relieving uplift pressures.