Instrumentação de Barragens Antigas Desafios e Soluções Corrado Piasentin Piasex Assessoria e Consultoria

Transcrição

1 Instrumentação de Barragens Antigas Desafios e Soluções Corrado Piasentin Piasex Assessoria e Consultoria 21 a 23 de maio de Bourbon Convention Ibirapuera Hotel - São Paulo / SP cbdb@cbdb.org.br

2 Geral Neste trabalho são apresentadas as dificuldades que devem ser enfrentadas e resolvidas e as providências que devem ser tomadas para implantar o plano de instrumentação de forma adequada nas barragens antigas não instrumentadas e aquelas não tão antigas com pouca documentação ou abandonadas. Este plano de instrumentação e monitoramento faz parte do Plano de Segurança da Barragem PSB de acordo com a lei de segurança das Barragens.

3 Geral Via de regra as barragens antigas e aquelas em estado de abandono tem pouca documentação de projeto e falta o as built. Portanto, na inexistência do projeto básico ou executivo da barragem são exigidos para o PSB investigações e estudos simplificados para a caracterização geotécnica do maciço e das fundações, topografia das estruturas e estudos hidráulicos/hidrológicos das estruturas de descarga. A execução destes estudos pode demorar alguns anos. Se descrevem a seguir as atividades que permitem a instalação de uma primeira fase do plano de instrumentação com certa antecedência..

4 Geral Nestas barragens a inexistência de documentação de projeto, a falta de as built e de informações confiáveis, muitas vezes até contraditórias, tornam este trabalho uma verdadeira pesquisa de arquelogia de engenharia..

5 Geral Finalidade da Instrumentação A finalidade do plano de instrumentação para as barragens antigas é a verificação das condições de segurança, enquanto para as barragens novas pode ter outras finalidades como a verificação das hipóteses de projeto e para possibilitar adequações e otimizações dos métodos construtivos e do próprio projeto.

6 Geral Não existem critérios gerais para projetar o plano de instrumentação das barragens.

7 Geral Cada caso é diferente dos demais em virtude dos seguintes aspectos: tipo de barragem altura e extensão da barragem características dos materiais de construção características das fundações importância da barragem em termos de sua finalidade (produção de energia, irrigação, abastecimentos d água, etc.) e em termos de segurança (DPA)

8 Geral Também outros fatores importantes para o plano de instrumentação são: tipos de instrumento custo dos instrumentos custos de instalação custos de operação robustez e durabilidade

9 Tipos de Barragem Irapé, Ribeirão João Leite

10 Tipos de Barragem Campos Novos

11 Tipos de Barragem Cedro, Lumiei, Hoover, Sottocastello

12 Tipos de Barragem Itaipu

13 Barragens Novas e Antigas Qual é a diferença entre uma barragem nova e uma antiga? Na barragem nova há informações e estudos completos, atualizados e aprofundados (assim deveria ser) Na barragem antiga de regra faltam dados e informações do projeto e por vezes as estruturas se encontram em estado de abandono

14 Barragens Novas e Antigas A barragem nova deve ainda suportar a fase mais crítica (primeiro enchimento e primeiros anos de operação) para alcançar uma estabilização em termos de deformações, pressões e tensões internas, deslocamentos diferenciais e percolações. A barragem antiga na maioria das vezes atingiu um regime estável nas deformações e percolações, portanto, é mais fácil verificar na inspeção os eventuais locais que precisam de monitoramento (onde existem anomalias).

15 Estatísticas de Ruptura Boletim 99 Dam Failures Statistical Analyses da CIGB

16 Barragens Novas e Antigas No entanto, as barragens antigas podem apresentar deteriorações e anomalias como entupimento dos drenos (na terra como no concreto e na fundação), erosões superficiais, erosões internas, percolações elevadas, recalques excessivos e recalques diferenciais entre blocos ou estruturas distintas. Podem não ter sido sujeitas ainda a certas cargas de projeto, como o nível máximo excepcional ou da sedimentação.

17 Barragens Antigas Há dificuldades e limitações além de custos relevantes quando se deve instalar instrumentos numa estrutura em operação. Por exemplo, não há facilidade de instalação de instrumentos embutidos no corpo da barragem, para implantação de piezômetros no contato do corpo da barragem com a fundação deve-se efetuar perfurações a partir da crista ou do talude de jusante.

18 Primeiras atividades As primeiras atividades a serem realizadas para ter um primeiro conhecimento da barragem são as seguintes: -Análise dos documentos existentes -Levantamento do histórico do comportamento da barragem -Inspeção de campo -Levantamento topográfico (as built) Em diversos casos estas duas últimas atividades devem ser precedidas pela limpeza e corte da vegetação.

19 Barragem Antiga

20 Primeiras atividades Na maioria das vezes os arquivos são desorganizados e os documentos de projeto escassos e o histórico do comportamento da barragem deve ser pesquisado junto à equipe responsável pela operação e manutenção da barragem. O resultado desta pesquisa deverá ser descrito num relatório com uma lista dos documentos pesquisados e uma descrição das informações relevantes para a segurança da barragem.

21 Inspeção de Reconhecimento Esta primeira inspeção de reconhecimento da barragem conduzida por engenheiros experientes tem a finalidade de observar suas condições e detectar os locais mais susceptíveis a problemas ou que necessitam de obras de manutenção ou reparo sobre os quais deverá se concentrar o monitoramento. No contexto da lei de segurança esta inspeção é definida como ISE Inspeção de Segurança Especial se a barragem se encontra em situação de abandono.

22 Inspeção de Reconhecimento Com a observação destas anomalias na inspeção de reconhecimento duma barragem antiga já podem ser definidos e instalados alguns instrumentos de fácil instalação e custo menor, como por exemplo, medidores de vazão, medidores de junta, réguas limnimétricas, marcos superficiais, etc.. A seguir são mostrados exemplos de anomalias.

23 Anomalias Trinca longitudinal na crista da barragem de terra

24 Anomalias Trinca longitudinal no talude de jusante

25 Anomalias Trinca longitudinal no talude de jusante

26 Anomalias Trinca no topo do talude do canal de adução

27 Anomalias Desalinhamento meio-fio do

28 Anomalias Recalque diferencial do meio-fio

29 Anomalias Deslocamentos diferenciais medidor triortogonal do muro de proteção BEFC

30 Anomalias Trinca na crista por causa dos deslocamentos diferenciais

31 Anomalias Defeito do vedajunta pelos deslocamentos diferenciais

32 Anomalias Ravinamento causado por cobertura vegetal insuficiente

33 Anomalias Ravinamento numa ombreira

34 Anomalias Escorregamento do talude

35 Anomalias Escorregamento da ombreira esquerda

36 Anomalias Canaleta de drenagem quebrada pelo deslizamento

37 Anomalias Obstrução dos drenos

38 Anomalias Cratera de afundamento

39 Anomalias Cratera de afundamento

40 Anomalias Olho d água no pé da barragem

41 Anomalias Percolação no abraço terra-concreto

42 Anomalias Carreamento de finos no filtro

43 Anomalias Erosão interna

44 Anomalias Fissuras

45 Anomalias Desplacamento do concreto

46 Anomalias Fissuras típicas de RAA

47 Anomalias Trinca passante no sentido montante-jusante com percolação

48 Anomalias Percolação pela ombreira

49 Anomalias Percolação pela ombreira

50 Anomalias Dreno de fundação com vazão elevada

51 Anomalias Drenos de ombreira com vazão elevada

52 Anomalias Carreamento de brita e argamassa no dreno de concreto

53 Anomalias Jato em pressão na junta de construção

54 Anomalias Jato em pressão na fissura da galeria

55 Primeiras Atividades No entanto, em certos casos a inspeção da barragem e o levantamento topográfico para obter a situação como construído da barragem são dificultada pela vegetação presente por vezes com arbustos e até árvores de porte.

56 Primeiras atividades Barragem tomada pela vegetação

57 Primeiras atividades Saída do filtro tomada pela vegetação

58 Primeiras atividades O levantamento topográfico da barragem, das estruturas anexas e duma faixa nas ombreiras e no pé de jusante é uma das primeiras e mais importantes providências a ser tomada. Na maioria dos casos precisa cortar as árvores e arbustos e efetuar a limpeza de toda a vegetação nas áreas descritas acima. Para estas atividades de corte e limpeza precisa obter a licença das entidades ambientais. A seguir alguns critérios para definir a faixa mínima que deve ficar livre de vegetação para o levantamento.

59 Primeiras atividades

60 Primeiras atividades Faixa de Inspeção para Barragens de Aterro Referência: Proposição de um Critério Brasileiro para a Faixa de Inspeção a Jusante de Barragens de Terra-enrocamento Revista Brasileira de Engenharia de Barragens do CBDB J.F. Silveira et al.

61 Primeiras atividades

62 Levantamento Topográfico O levantamento deverá ter como base as cotas e coordenadas dos marcos de referência existentes. Na ausência destes se tomará como base algum ponto com cota de projeto definida, por exemplo, a soleira do vertedouro livre ou o coroamento da tomada d`água. Isto é importante, pois as cotas do levantamento devem ser coerentes com os dados do projeto. Na maioria dos casos as coordenadas e cotas de projeto pertencem a um sistema local, portanto, não se recomenda tomar como referência o marco do IBGE mais próximo, com exceção do caso de total ausência de documentos de projeto.

63 Levantamento Topográfico O levantamento topográfico da barragem e estruturas anexas com sua faixa de segurança fornece informações importantes sobre o comportamento da barragem como a existência de depressões, a localização das eventuais surgências e áreas saturadas e os recalques da crista em relação às ombreiras.

64 Levantamento Topográfico Exemplo de Levantamento Topográfico das Cotas da Crista

65 Projeto da instrumentação As informações do histórico da barragem junto com o resultado da inspeção da barragem detectando a existência ou inexistência de anomalias e o levantamento topográfico podem definir uma primeira fase da instrumentação, cujos resultados deverão orientar o subsequente programa de estudos e investigações e sua abrangência.

66 Projeto da instrumentação Esta primeira fase da instrumentação deverá dar preferência a instrumentação mais simples e de fácil instalação: o essencial para medir as grandezas mais importantes e necessárias para a segurança da barragem, devendo ainda ser focalizados os eventuais pontos críticos identificados.

67 Projeto da instrumentação Com base nos resultados desta instrumentação de primeira fase poderá ser definido melhor o programa de estudos e investigações. Para especificar este programa necessário para a barragem se exige o bom senso e o julgamento técnico do engenheiro, considerando as restrições orçamentárias e, por vezes, a resistência do proprietário.

68 Projeto da instrumentação A execução destes estudos e especialmente das investigações esbarra em dificuldades e problema de ordem prática e econômica, pois a realização de investigações da mesma envergadura das originais são demoradas e bastante onerosas, em certos casos inviáveis, em razão da barragem estar em operação. Em razão disto a própria resolução 236/2017 da ANA permite a execução de estudos simplificados para barragens construídas antes de 2010.

69 Projeto da instrumentação No entanto, as investigações e estudos necessários não podem ser muito simplificados. Por exemplo as investigações para uma barragem de terra incluíram a retirada de amostras do maciço e das fundações, ensaios de laboratório, execução de sondagens com SPT e rotativas e prospecções geofísicas. Os estudos incluíram análises de estabilidade, estudos de percolação e estudos hidráulicos e hidrológicos dos órgãos de descarga, além de batimetria do reservatório.

70 Projeto da instrumentação Uma vez efetuados as investigações, ensaios e estudos considerados necessários, o engenheiro tem suficiente conhecimento da barragem e portanto condições de elaborar o plano final de instrumentação e monitoramento. No entanto, a instalação de alguns instrumentos na primeira fase permitiu analisar com antecedência o comportamento da barragem e, portanto, alcançar uma maior segurança.

71 OBRIGADO! PALESTRANTES / AUTORES EMPRESA / INSTITUIÇÃO CONTATO Corrado Piasentin PIASEX Assessoria e Consultoria cpiasentin@terra.com.br