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4.6 THE SYSTEM RESPONSE
Era consenso, em relatórios de diversos consultores que trabalharam nos estudos iniciais para posicionamento do eixo do barramento de Capivari-Cachoeira, de que as condições geológicas locais eram difíceis.5
Como citado em Santos (2004), três principais grupos de processos naturais atuam nos taludes em áreas tropicais úmidas (Serra do Mar), a saber:
(i) intemperismo-pedogênese, formando espessos mantos de alteração retrabalhados; (ii) escoamentos (água) de superfície e subsuperfície e cursos de água e (iii) movimentos de massa, especialmente em taludes escarpados, como os da Serra do Mar e Serra da Mantiqueira, no sudeste, e da Serra Geral, no sul.
Inicialmente, o projeto para se instalar uma barragem no rio Capivari, contemplava vários eixos possíveis, porém com vantagens técnicas para o eixo selecionado se comparado aos demais, conforme análises feitas na época, face às peculiaridades topográficas e geológicas locais.
A Figura 4.3 apresenta as diversas opções para a localização desses eixos preliminares.
5 Este conceito provavelmente está relacionado ao fato de que sendo, na maioria, profissionais estrangeiros (engenheiros alemães e franceses) que trabalhavam nas empresas de sondagem e consultoria da época, não estavam acostumados ao intemperismo profundo, ocasionado pela ação do clima tropical em rochas cristalinas.
Figura 4.3: Estudos para localização dos eixos da barragem Capivari-Cachoeira (Hidrobrasileira-Sogréah, 1957).
Escala: 1: 10.000
A seleção do local foi conduzida inicialmente pela empresa Hidrobrasileira-Sogréah, a qual apresentou, no ano de 1957, um relatório com análise dos diversos locais previamente selecionados para implantação da estrutura, bem como comentários das possibilidades do tipo de barragem a ser construída.
Neste relatório, assinado pelo geólogo francês R.Barbier, de 30 de outubro de 1957, que contempla aspectos geológicos e geotécnicos extensivo a todo o empreendimento, sobre o local da barragem afirma:
A escolha do local e a realização da obra se apresentam em condições geológicas difíceis, mas que são entretanto, freqüentes no Brasil. Em toda zona interessada, do Capivari, a topografia é, com efeito, bastante ondulada e os terrenos profundamente alterados. As margens nunca mostram rocha acima de 10,0m a 15,0m e o guia para a procura de um local só pode ser a presença de um rápido pondo em evidência uma barra rochosa, pelo menos, no leito do rio (Barbier in Hidrobrasileira– SOGREAH, 1958, p.24).
No mesmo relatório, conclui: "a espessura dos aluviões no local da barragem, não permite ainda, fixar-lhes tipo: pode-se, no entanto, pensar, seja numa obra de concreto, porém leve (arcos múltiplos ou peso diminuindo, pelo menos nos encontros) seja em uma mista
(peso no centro e enrocamento nos encontros)" (Barbier in Hidrobrasileira–SOGREAH, 1958, p.41).
O primeiro local denominado de "Região do Saltinho" apresentava corredeiras e cascatas onde aflorava rocha sã. No local, o rio corria em torno da elevação 690,0m e a garganta existente na elevação 725,0m.
Para alcançar a elevação pretendida de 750,0m, seria necessária a construção de um barramento da ordem de 60,0m de altura, larga no coroamento e, principalmente, uma segunda obra de cerca de 25,0m na garganta, antes citada onde somente observavam-se materiais inconsolidados argilosos, denotando com isso dificuldades construtivas, mesmo em se tratando de uma barragem de terra e enrocamento, conforme indicava o referido relatório.
No segundo local estudado, denominado de "Região do Monjolo", afluente na margem direita do rio Capivari, três locais foram estudados de maneira preliminar:
• no local denominado de DAEE, o relatório acena que este era bastante desfavorável porque as declividades eram muito pequenas (presumindo-se que o horizonte sobre a rocha sã fosse demasiado espesso) e, ainda, apresentava cicatrizes de escorregamentos. Adicionalmente a isso, a escassez de afloramentos mesmo no leito ativo do rio, conjugado com a topografia local, indicava que a barragem seria um pouco mais baixa em relação aos demais locais, porém muito mais comprida;
• no local denominado de "A", de maneira análoga, os estudos indicaram que não apresentava nenhuma corredeira no rio e ainda mostrava cicatrizes de escorregamento em vertentes unicamente argilosas, também sugerindo estar a rocha dura bastante profunda;
• já o local denominado de "B" era, de acordo com estudos efetuados, comparativamente aos anteriores, o menos desfavorável devido à topografia mais enérgica. Entretanto, fora um único bloco de granito descrito na margem direita, não havia rocha aflorante em nenhum outro lugar. A única corredeira rochosa descrita deste trecho situava-se mais a montante, porém, numa zona vasta, que apresentava deslizamentos bastante visíveis na margem esquerda.
No trecho a jusante do córrego Monjolo, quatro locais foram estudados, de acordo com relatórios dos estudos geológicos elaborado pela Hidrobrasileira – Sogréah:
O relatório menciona que o local denominado "C" é nitidamente o mais desfavorável em comparação aos demais, face à deslizamentos naturais observados na margem direita do rio e à pequena área para apoio da barragem na margem esquerda, face a estreita configuração topográfica local.
A análise efetuada indicava o local inicial, denominado "COPEL", como o mais favorável, entre todos. Como vantagens, relacionavam a topografia estreita entre margens, a corredeira mais característica existente e rocha aflorante na margem direita a 15,0 a 20,0m acima do rio.
O rio Capivari mostrava-se estrangulado por avanço rochoso da margem esquerda, devido à presença em parte de grandes blocos de granito que avançavam sobre a calha do rio, sendo por este motivo, o de seção mais estreita (juntamente com o outro local, designado "C") e, sobretudo o único em que se encontrara rocha aflorante, tanto numa pequena corredeira, no leito do rio, como na margem direita, entre 15,0m e 20,0m acima. Este acabou sendo o local indicado para a implantação da barragem.
Os outros dois locais estudados, situados a jusante do eixo "COPEL", denominados de "D" e "Internacional", de acordo com o referido relatório, apresentavam desvantagens também pelas características topográficas (grande distância para os apoios laterais o que remeteria à construção de uma barragem demasiadamente larga), constatação de escorregamentos nas ombreiras e falta de corredeiras, sugerindo uma maior cobertura do horizonte de alteração e, consequentemente, necessidade de maior escavação para apoiar a barragem em uma fundação adequada.
Visando um maior detalhamento técnico com relação à geologia local do empreendimento, a COPEL posteriormente contratou o Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo (IPT), o qual, através da Seção de Geologia Aplicada, apresentou um relatório, datado
IPT inclui os dois locais até então selecionados pela empresa paranaense, o local "C" e o local "B", denominado de eixo COPEL.
O relatório do IPT identificou, após exame das sondagens, que a margem direita do local B apresentava indícios veementes de um grande escorregamento, formando um depósito de tálus, que teria deslocado (estrangulado) o rio Capivari de seu antigo leito para o atual, tornando mais complexas as condições geológicas locais em comparação às avaliações iniciais.
Para o eixo denominado de "C", o relatório IPT menciona que o local apresentava, desde a superfície inicial, um horizonte de solo formado por alteração de rocha "in-situ"6.
Posteriormente, em 21 de março de 1962, o engenheiro geotécnico Milton Vargas emite um parecer para implantação da barragem de Capivari, através de um relatório intitulado "Aproveitamento Capivari-Cachoeira – Relatório de estudos procedidos para a implantação da barragem de concreto e possibilidade de construção de uma barragem de terra", no qual avalia as considerações feitas no relatório produzido anteriormente pela empresa Hidrobrasileira-Sogréah".
Vargas comenta neste relatório que, após a execução das sondagens no local preliminarmente escolhido (local COPEL), verificou-se que tal local apresentava condições geológicas menos favoráveis do que fora possível prever por simples inspeção geológica da ocasião, embasado inclusive pelas considerações contidas no relatório do IPT, já mencionado.
O problema maior identificado era que, apesar do granito possuir pouca cobertura de solo ou mesmo estar aflorante no leito do rio, nas ombreiras, a situação da superfície rochosa sã mostrava-se menos favorável. Na margem direita, foi constatado pelas sondagens que a superfície rochosa mostrava-se muito irregular, subindo a partir do leito do rio da elevação 700,0m até pouco acima da elevação 725,0m, mas mergulhando
6 Alteração de rocha "in situ": alteração provocada pelo intemperismo sem que haja deslocamento do material gerado por esta alteração.
abruptamente em cerca de 10,0m, no ponto de encontro da crista da futura barragem com o terreno natural. Deste ponto, a superfície rochosa capaz de conter a fundação da barragem ganhava elevação, porém de maneira muito suave até a cota 733,0m. Já na margem esquerda, as sondagens mostraram que o topo rochoso firme situava-se – a partir do leito do rio – em torno da elevação 700,0m num trecho com extensão de 60,0m aproximadamente, para depois subir, atingindo a elevação 718,0m, na vertical do encontro da crista com o terreno natural. As sondagens mostraram que a superfície de rocha sã era recoberta por uma camada de rocha decomposta, alteração de rocha e finalmente por uma camada superficial de solo residual.
A partir de tais resultados de sondagens, foi projetada, pela empresa Hidrobrasileira-Sogréah, uma barragem de concreto de perfil aliviado. Tais estudos apresentam, também, como alternativa, um esboço de uma barragem de terra, para fins de comparação de custos.
O estudo concluiu que a barragem de terra, se construída, seria cerca de 8% mais cara em relação à de concreto, conclusão considerada por Vargas (1962) como surpreendente.
Prosseguindo o relatório, Vargas comenta alguns pontos que lhe chamavam a atenção em relação ao projeto sugerido pela empresa Hidrobrasileira-Sogréah, tendo em vista as características conhecidas da fundação:
a) a dificuldade de implantação de uma barragem de concreto no terreno, principalmente face às características geológicas das ombreiras. O projeto proposto sugere como solução para a impermeabilização de cada uma das ombreiras, a implantação de cortinas de estacas-pranchas e injeções.
A experiência nacional tem mostrado que tais soluções, além de difíceis e de onerosa execução, são de resultados precários, no tipo de terrenos semelhantes ao em questão. Em obras nacionais sobre condições semelhantes a solução que se tem apresentado é a de prolongar a barragem em seção plena de gravidade, para dentro das escavações feitas nas ombreiras, as quais são posteriormente reenchidas com terra compactada de ambos os lados do concreto. O quanto deve prolongar-se
a barragem nas ombreiras é ponto ainda muito discutido. De qualquer forma, porém,essa prática resulta na necessidade de aumentar de muito o volume previsto de concreto, além de obrigar a escavações bastante dispendiosas (Vargas, 1962, p.02).
b) a observação feita por Barbier (in Hidrobrasileira–SOGREAH, 1958), e posteriormente confirmada pelas sondagens, de que parte da barragem em concreto teria que estar posicionada sobre um substrato de rocha decomposta. Sobre isso, comenta:
A possibilidade, mencionada por Barbier, e confirmada pelas sondagens, de se ter que fundar parte da barragem de concreto sobre rocha decomposta foge completamente à prática corrente, entre nós, de construção de barragens de concreto. Embora essa solução seja teoricamente possível e realizável, ela pode levar a problemas construtivos imprevistos e de solução difícil. Há pelo menos um caso desses, de meu conhecimento, em que o problema dessa natureza, embora sem muita razão, paralisou definitivamente a obra (Vargas, 1962, p.02).
c) a ausência de menção no relatório sobre o fato de que, no caso da adoção de uma barragem de terra, os problemas apontados seriam resolvidos. Sobre isso menciona:
Não se faz referência ao fato de que, no caso, da adoção de uma barragem de terra, ambos esses problemas viriam a perder importância, portanto, tal barragem poderia apoiar-se sobre o terreno de decomposição de rocha, em ambas as ombreiras, sem perigo de problemas insolúveis de fundação ou percolação d'água (Vargas, 1962, p.02).
Ao final, apresenta como principal conclusão, em relação às condições geológicas, de que nos locais estudados, estas eram mais favoráveis à construção de uma barragem de terra do que à uma de concreto. Dessa forma conclui:
Em ambos os locais, as condições geológicas são mais favoráveis a construção de uma barragem de terra. Neles, uma barragem de terra será construída sem problemas de fundação, implantação nas ombreiras ou compactação do material de seu corpo. Por outro lado, a implantação de uma barragem de concreto, em ambos os locais, levantará problema de solução onerosa e difícil quanto à sua implantação nas ombreiras (Vargas, 1962, p.10).
Vargas conclui ainda que, diferentemente do concluído no relatório da Hidrobrasileira- Sogréah (1958, p.10),"a barragem de concreto, principalmente devido ao problema de implantação das ombreiras, será mais cara que a de terra".
Ao que Vargas se referia quando mencionava problemas nas ombreiras em relação à implantação de uma barragem de concreto, concentrava-se no fato do recobrimento de solo ou mesmo de depósito de tálus, havendo necessidade da remoção de um grande volume de rocha para encosto adequado na ombreira, em uma fundação firme.
Ainda no ano de 1962, outro parecer geológico a respeito das condições da geologia local para o posicionamento da barragem foi elaborado pelo geólogo Dr. H. Haberlehner, então professor da cadeira de geologia aplicada à engenharia da Escola Nacional de Geologia do Rio de Janeiro.
O Dr. Haberlehner visitou o local da então futura obra de Capivari-Cachoeira, entre os dias 27 e 29 de junho do ano de 1962, contratado para estabelecer o perfil geológico, a partir das sondagens já executadas e opinar sobre as condições do terreno, avaliando os locais "B" e "C" anteriormente identificados.
As conclusões do Dr. Haberlehner transcrevem-se a seguir, com pequenas adaptações obtidas a partir do relatório Ródio n.o 51-14 p.07 de 14.07.1962, assinado em 14 de setembro de 1962:
1) O local em apreço constitui-se por um gnaisse mais ou menos melanocrático, achando-se cortado por granitos.
2) A profunda decomposição da rocha constatada pelas sondagens nas variantes "B" e "C" cria graves problemas de estabilidade e estanqueidade da barragem.
A solução desses problemas com maior facilidade pode ser encontrada quando se constrói uma barragem de terra, do que numa de concreto, que necessita de escavação da fundação até a rocha pouco alterada. O desenvolvimento sinuoso do vale causado pelo cruzamento entre as direções das camadas de rocha das diáclases faz com que todas as localidades já tomadas em consideração para construção da barragem apresentem pelo menos uma das ombreiras formada por uma cumieira
Em vista disso parece-nos que a variante "B" situada num trecho de vale mais ou menos retilíneo e bastante comprido, oferece melhores condições para a implantação da barragem do que o local "C". As demais localidades já foram abandonadas. A cumieira que forma no local "B" o apoio direito da barragem é mais larga do que as existentes em outros locais, diminuindo um pouco o perigo de percolação lateral. Mesmo assim, e escavando-se um volume enorme para o embasamento da barragem de concreto na rocha firme, teria esta lateralmente contacto imediato com o solo, cuja impermeabilização parece ser muito difícil e cara. Entretanto, pelos resultados dos furos B-14 e A-4, podemos concluir que na margem direita o diafragma nunca alcançaria lateralmente contacto com a rocha impermeável e resistente contra "piping". Uma cortina de injeções teria resultado satisfatório somente na rocha firme do embasamento da barragem; no entanto, nos prolongamentos laterais da cortina, nas camadas de rocha totalmente decomposta e muito alterada, o êxito das injeções parece-nos viável somente quando se pensa na injeção de "clay-gel" ou produtos químicos - solução já mais onerosa.
3) Seria, pois aconselhável em nossa opinião construir-se no local "B" uma barragem de terra compactada cuja seção pode ser adaptada às qualidades dos solos que existem nos arredores do local.
Como no caso descrito por K.Terzaghi7, anteriormente mencionado
neste relatório, seria necessário conservar-se com máximo cuidado o solo argiloso subsuperficial, removendo-se assim somente a camada que contém raízes e material orgânico, o volume escavado para a barragem seria reduzido ao mínimo.
Deve-se estudar a possibilidade do tratamento do subsolo por meio de eficientes poços de drenagem, controlados por sistemas de piezômetros. Isto provavelmente poderia ser suficiente.
4) A necessidade de conservar-se a camada argilosa subsuperficial cria ainda outros problemas. Terzaghi, no artigo já citado, menciona que naquela barragem todas as escavações feitas durante a construção foram posteriormente preenchidas com material compactado. O mesmo foi feito também numa outra grande barragem, construída recentemente no Brasil.
Assim é aconselhável procurar os empréstimos para o corpo da barragem em cota superior à da represa, para não ferir a camada de solo impermeável dentro dos limites desta nem dentro do alcance dos possíveis caminhos de percolação.
7 O caso citado refere-se ao um artigo intitulado "Fifty Years of Subsoil Exploration", escrito por Karl Terzaghi e publicado no "3rd International Conference on Soil Mechanics and Fundation em 1953,
onde este notável autor refere-se à fundação para barragens de terra na região de gnaisses no Brasil (provavelmente a barragem de Ribeirão das Lajes, no estado do Rio de Janeiro), que foi detidamente estudada por aquela autoridade mundial, em colaboração com o IPT de São Paulo. (citado por H. Haberlehner – Relatório Ródio n.o 51-14 p.07 de 14.07.1962) – vide Figura 4.4.
Com grande cuidado deverá ser estudado o traçado do túnel de desvio do rio durante a construção. Dever-se-á evitar cortes profundos no solo – de entrada e saída – que poderiam prejudicar a estanqueidade da margem direita.
Para a implantação do vertedouro o local que parece ser mais apropriado pela topografia é a depressão na cumieira, na margem direita, que dista aproximadamente 250,0m da barragem.
Porém a sondagem que se situa neste local, até o seu fim, na cota 734,85m não encontrou rocha que suporte construções de concreto. No entanto, outra sondagem situada a 450m aproximadamente afastado da barragem, encontrou gnaisse de boa qualidade, ininterruptamente deste a cota 767,70 até o seu fim. Pela sua topografia parece que o local não está muito favorável para a implantação do vertedouro. Seria porém caso a ser estudado.
A Figura 4.4 reproduz o corte geológico do local mencionado por Karl Terzaghi em que pode ser observada a profunda decomposição do gnaisse, muito semelhante às existente em vários locais do rio Capivari, mencionadas durante os estudos para posicionamento do eixo da barragem.
Esta decomposição é representada nas porções mais elevadas por blocos métricos de rocha alterada ou mesmo sã, imersos em uma matriz síltica-arenosa proveniente da decomposição dessa mesma rocha. Em uma porção mais profunda (que pode chegar a duas dezenas de metro), a superfície mais sã – adequada para abrigar a fundação de uma barragem de concreto por exemplo –, mostra-se irregular, podendo conter formas geométricas do tipo saliências e reentrâncias com diferentes tamanhos, preenchimentos de materiais incoesivos e profundidades extremamente variadas.
Em função disso, cuidados na interpretação (traçado) da linha de fundação nestes tipos de materiais devem ser tomados, sob pena de conceber-se uma linha de fundação distante da real.
Figura 4.4: Perfil ao longo do eixo de uma barragem no Brasil (Terzaghi, 1953 apud Haberlehner in Rodio,
1962a, modificado pelo autor). Provavelmente de acoroo com Haberlehner (1962) trata-se da barragem de Ribeirão das Lajes, no estado do Rio de Janeiro.
A Figura 4.5 exibe o perfil do terreno exposto pela erosão do fluxo de água do vertedouro. Pode-se observar uma porção de solo síltico-arenoso com espessura da ordem de 5,0m, originado pela decomposição "in situ" de rochas gnáissicas pretéritas, posicionada sobre gnaisses alterados que exibem planos de descontinuidades horizontais, de origem tectônica porém penalizados pelos efeitos de descompressão.
Esta característica geológica é descrita nos relatórios de estudos geológicos iniciais para posicionamento da barragem neste e nos demais locais estudados ao longo do rio Capivari.
Trata-se de uma característica geológica abrangente, presente em toda a porção constituída pelas rochas do embasamento cristalino litorâneo brasileiro submetido à atuação do clima tropical conjugada por um padrão geológico-estrutural bem característico.
Figura 4.5: Perfil do terreno exposto pela erosão do fluxo de água do vertedouro,
na região a jusante do vertedouro da barragem de Capivari-Cachoeira. Podem ser observados: o perfil de solo síltico-arenoso da ordem de 5,0m e o substrato rochoso granítico-gnáissico, com juntas de alívio sub-horizontais (Fotografia do Autor, 2010).