A. Veiga Pinto BARRAGENS DE ENROCAMENTO OBSERVAÇÃO E COMPORTAMENTO ESTRUTURAL. Foz de Iguaçu, 17 de Abril 2015

Transcrição

1 Centro de Estudos Avançados em Segurança de Barragens (CEASB) BARRAGENS DE ENROCAMENTO OBSERVAÇÃO E COMPORTAMENTO ESTRUTURAL Foz de Iguaçu, 17 de Abril

2 Organograma sobre avaliação da segurança Modelos de Desempenho Normas EXPERIÊNCIA Baseado no comportamento de barragens com e sem sucesso Planeamento do Sistema de Observação Instrumentação Medições em campo Inspecção Visual Desempenho observado Normalidade ou anomalias Análise teórica (MEF) Avaliação da Segurança

3 Finalidade da observação de barragens de aterro? Principal Poder actuar em caso de anomalias Esvaziar a albufeira ou evacuar populações a jusante Secundária Testar as metodologias do Projecto e construção 3

4 Como avaliar a segurança em barragens? Comparando valores de referência estimados no projecto com o comportamento observado em obra Evolução das grandezas e aspectos observados ao longo do tempo 4

5 Projecto aprovado Dimensionamento estrutural Valores de referência Plano de observação Grandezas e aspectos a observar Ficha de inspecção visual e Sistema de observação Tipo Equipamento Número Localização 5

6 AVALIAÇÃO DA SEGURANÇA EM BARRAGENS PLANO DE OBSERVAÇÃO Visitas de inspecção visual Exploração do sistema de observação 6

7 Grandezas a observar TIPOS DE BARRAGENS DE ENROCAMENTO De que consta o material? 7

8 Enrocamento com cortina de Betão Armado a Montante (CFRD) 8

9 Barragem de Odeleite 9

10 Enrocamento com Cortina de Betão Asfáltico a Montante Barragem da Apartadura 10

11 Enrocamento com Núcleo Central Argiloso 11

12 Barragem de Beliche 12

13 Enrocamento com Geomembrana Barragem de Pico da Urze 13

14 Enrocamento com Descarregador Incorporado Barragem de Bastelos 14

15 Enrocamento com Núcleo Central Asfáltico Barragem de Foz de Chapecó (Brasil) 15

16 Grandezas a observar Deslocamentos superficiais Deslocamentos internos Caudais de infiltração Tensões totais (com núcleo argiloso) Níveis piezométricos (com núcleo argiloso) Acelerações sísmicas 16

17 Localização dos dispositivos Inclinómetros Grupos de células de tensão total Piezómetros tipo Casagrande Marcas superficiais Barragem de Beliche 17

18 Barragem da Apartadura Inclinómetros Dispositivo de leitura dos deslocamentos verticais e horizontais Marcas superficiais 18

19 Barragem de Beliche MODELAÇÃO MATEMÁTICA SEÇÃO PRNCIPAL MÁXIMA MEF FEM 19

20 T30 DU50

21 DESLOCAMENTOS PREVISÃO DO COMPORTAMENTO ESTRUTURAL - Tubos inclinométricos TENSÕES COMPRESSÃO - Grupo de células de tensão total 21

22 Frequência de leituras Avaliação das condições de risco (população a jusante) Altura da barragem e volume da albufeira Ocorrências anómalas Pelo menos 2 leituras: Uma antes Outra após a época das chuvas 22

23 Plano de Primeiro Enchimento Primeira aplicação da pressão hidrostática e da percolação no corpo da barragem e fundação No primeiro enchimento deve-se realizar a observação (aquisição de dados e inpspeção visual) em patamares de enchimento e efetuar de imediato uma análise do comportamento da estrutura e fundação 23

24 ESTATÍSTICA RUPTURA DE BARRAGENS Estéreis Betão Aterro maior perda de vidas humanas Aterro - 40% das rupturas/após primeiros 5 anos Betão - 50% das rupturas/durante 1º enchimento 24

25 Tipo de equipamento de observação Deslocamentos superficiais Marcas superficiais Tacos de nivelamento 25

26 Assentamentos crescentes em altura Vantagens da leitura dos deslocamentos superficiais RMG não perturbam a atividade de construção Deslocamentos maiores Maior exactidão

27 Deslocamentos superficiais Importância da Geodesia Aplicada na fase de exploração Interação entre o Engenheiro Civil e o Engenheiro Geógrafo

28 Engenheiro Civil (pontos de Leitura e precisão) Engenheiro Geógrafo (metodologia construtiva) Plano de Observação (precisão) Plano de Medidas Geodésicas (PMG) Interpreta o comportamento estrutural Aquisição de dados Elabora parecer sobre a segurança da barragem

29 PONTOS OBJECTO COLOCADOS EM LOCAIS CRITERIOSAMENTE SELECCIONADOS OS LOCAIS DEVEM ESTAR JUSTIFICADOS NO PLANO DE OBSERVAÇÃO

30 Rede de triangulação Beliche 1ª Tentativa Não foi possível instalar pilares fixos a montante PM cota 45 PME MD cota 54 cota 40 cota 25 Versão final PJD ESCALA: 0 ~150m PJE - PILAR CONSIDERADO FIXO - PILAR ESTACIONÁVEL - PILARETE NÃO ESTACIONÁVEL

31 PI2 PE1 PD1 PE2 PE3 PD5 PE4 PD2 PD4 Barragem do Lagoacho CFRD

32 PILARES FIXOS Beliche Odeleite

33 PILARES DE ESTACIONAMENTO COLOCADOS NO COROAMENTO Beliche

34 PONTOS ALVO Sabugal

35 REDE DE TRIANGULAÇÃO Fase de leitura ODELEITE LINHA DE NIVELAMENTO GEOMÉTRICO APARTADURA

36 RESULTADOS Beliche cota 56 m cota 56 j Y ESCALA DOS DESLOCAMENTOS 0 1 cm Deslocamentos horizontais X

37 Beliche LEGENDA : pontos a montante - pontos a jusante t5 s10 PF2D t11 PF1D t1 t16 t17 t20 (mm) t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t t11 t12 t13 t14 t15 t16 t17 t18 t19 t20 PF1E PF2E Deslocamentos verticais N G

38 /5 5 5/ / ~60m J I N12B H 1 N02 N03 N04 N4/5 N05 N5/6 N06 N07 N7/8 N08 N09 N10 11 B A N12 N12A F D E C G 12A 12 12B N01 N00 N11A N11B Sabugal N00 N01 N1/2A N1/2B P02 N2/3A N2/3B F03 N3/4A N3/4B N04 N4/5 N4/5A P05 N5/6A P5/6 N5/6B P06 N6/7 P07 N7/8 P08 N8/9 P09 N9/10 P10 N11A N11B NF1E NF2E NF3E NA NB NC ND NE N12A NF N12 NG N12B NH NJ NI 0 Deslocamentos (mm) Deslocamentos verticais N G banqueta à cota 785 m : coroamento, montante : coroamento, jusante :

39 Deslocamentos internos Tubos inclinométricos Níveis hidráulicos Extensómetros subhorizontais 39

40 DESLOCAMENTOS SUBVERTICAIS INTERNOS Tubos inclinométricos (Instalação) Barragem de Beliche Tubos inclinométricos Barragem de Odeleite Tubos piezométricos 40

41 TUBOS INCLINOMÉTRICOS Tubos inclinométricos Leitura na fase de exploração Leitura na fase de construção Protecção dos tubos Placa vibradora

42 BARRAGEM DE SABUGAL INCLINÓMETRO IV5.794m 798,5 792,5 Ref: Deslocamentos horizontais Montante-Jusante Ref: , ,5 35 COTA INICIAL DAS TRAVESSAS (m) 774,5 768, ALTURA DO TUBO (m) , , ,5 744,5 Deslocamentos verticais ASSENTAMENTO (mm) M DESLOCAMENTO (mm) J 42

43 Deslocamentos subhorizontais internos Fios extensométricos Deslocamentos verticais internos Sistema de vasos comunicantes 43

44 Sistema de fios extensométricos Central de leituras 44

45 Barragem da Apartadura Deslocamentos subhorizontais internos Fase de leitura no interior da central 45

46 CAUDAIS DE INFILTRAÇÃO 46

47 Altura de água MEDIDOR DE CAUDAIS Barragem da Meimoa Q = 1,42 h 2,5 Q Caudal de infiltração h Altura de água acima do vértice Ângulo de

48 MEDIDOR DE CAUDAIS Leitura com secção triangular Barragem da Meimoa 48

49 Caudais de infiltração Leitura com secção triangular Barragem da Meimoa 49

50 Tensões totais Células hidráulicas Mais fiáveis, menos vulneráveis e de uso mais comum Células elétricas 50

51 CÉLULAS DE TENSÃO TOTAL Barragem de Beliche Hidráulicas Esquema de funcionamento Instalação Aquisição de dados 51

52 CÉLULAS DE TENSÃO TOTAL Barragem de Sabugal Eléctricas 52

53 NÍVEIS PIEZOMÉTRICOS 53

54 SECCÃO PRINCIPAL MÁXIMA Marca superficial Barragem de Beliche Tubos piezométricos Tubo inclinométrico 54

55 Ponteira piezométrica 55

56 INSPEÇÕES VISUAIS 56

57 INSPECÇÃO VISUAL De rotina Técnicos próximos do local da obra que fazem a leitura regular dos equipamentos De especialidade Técnicos que fazem a interpretação dos dados da observação e analisam o comportamento da barragem (Normalmente 2 visitas anuais) Lista de pormenores e locais a observar 57

58 EFICÁCIA NA AVALIAÇÃO DA SEGURANÇA EM BARRAGENS Rigorosa aplicação do plano de observação Inspecções visuais (80%) Exploração do sistema de observação (20%) Deteção de anomalias Importância do factor humano 58

59 BARRAGEM DO SABUGAL DADOS GERAIS Inspecção efectuada por: acompanhado por Fernando Santos e Adriano Esteves Data da última inspecção de especialidade Data da presente inspecção Nível da Albufeira Estado do tempo Estado do tempo na semana anterior 763,00 m SEGURANÇA ESTRUTURAL CORPO DA BARRAGEM Coroamento Seco e frio, com céu limpo Céu nublado e chuva Pavimento Estado geral Bom, embora com existência de desgaste no pavimento (Foto 1) Nivelamento Bom, sem deformações diferenciais FICHA DE INSPECÇÃO VISUAL DE ESPECIALIDADE Guarda de montante Perturbações localizadas (fissuração ou depressões) Sistema de escoamento das águas pluviais Estado geral Bom (Foto 3) Perturbações localizadas (fissuração Não se detectaram depressões e rupturas) Alinhamento Nivelamento Existência de pequenos buracos e alguma vegetação. Fissurações e deformações entre os perfis P2 e P3 (Foto 2) Bom, mas com acumulação de areia junto às bermas Não são visíveis desalinhamentos nas guardas Ausência de assentamentos diferenciais Guarda de jusante Estado geral Bom Perturbações localizadas (fissuração depressões e rupturas) Alinhamento Nivelamento Não se detectaram Paramento de montante Superfície Estado geral Muito bom (Foto 4) Perturbações localizadas (fissuração depressões e rupturas) Alteração do enrocamento de protecção Condições não usuais Não são visíveis desalinhamentos nas guardas Ausência de assentamentos diferenciais Não se detectaram Não é evidente 59

60 INSPEÇÃO VISUAL EM BARRAGENS Assentamentos excessivos Barragem do Roxo Desalinhamentos Barragem da Meimoa Fendas Rotura de peças de 60 betão

61 Deformações excessivas Barragem da Meimoa Equipamento de observação que não assenta Barragem do Lapão 1º enchimento 61

62 FASE DE CONSTRUÇÃO E EXPLORAÇÃO Aquisição de dados Sistema de observação e Inspeções visuais Verificação dos dados Determinação do valor das grandezas Análise da fiabilidade dos resultados Arquivo dos dados e resultados Análise do comportamento estrutural Avaliação da segurança da barragem

63 MODELOS DE COMPORTAMENTO Valores de Referência 63

64 Assentamentos unitários medidos e calculados na fase de construção a metade da altura de barragens de enrocamento 64

65 Assentamentos unitários a longo prazo de barragens de enrocamento (Clements, 1984) Ao fim de 50 meses: MFD 0 e 0,20% CCD 0,07 e 1,25% (variação 18 vezes) 65

66 Soils & Rocks Veiga Pinto, 2009 Vulnerabity of Rockfill Dams to Seismic Hazard CCRD ICRD CFRD CR DR - Central core rockfill dam - Inclined core rockfill dam - Concrete face rockfill dam - Compacted rockfill - Dumped rockfill Dam Country Year of completion H (m) Malpasso Peru Cogoti Chile Miboro Japan Minase Japan Oroville USA El Infernillo Mexico La Villita Mexico Leroy Anderson USA Coyote USA 1936 Type of dam Slope (H/V) Upstream Downstream Earthquake Makio H - Height Japan CCRD CCRD - Central 3.0 core rockfill dam DR 2.25 H/V - Horizontal/Vertical ICRD - Inclined core rockfill dam 105 M - Richter Magnitude La Villita CFRD - Concrete face rockfill dam Mexico CCRD R - Epicentral distance 1967 CR CR - Compacted 2.5 rockfill 60 PGA - Peak ground acceleration Anbuklao DR - Dumped rockfill 1.75 (2.0) PCA - Peak crest acceleration 1.75 (2.0) Philippines CFRD DR CFRD DR ICRD DR CFRD DR CCRD CR CCRD CR CCRD CR CCRD DR CCRD DR CCRD CR Year M R (km) PGA PCA (g) Max. Displ. crest Vertical Horizontal (cm) Reference Ambraseys (1960) Cooke (1984) Seed et al. (1978) Matsumoto et al. (1985a) Vrymoed (1981) Romo and Resendiz (1981) Romo and Resendiz (1981) Tepel et al. (1984) Bennet and Sherbune (1984) Matsumoto et al. (1985b) Pina et al. (1985) JSCE (1993)

67 BARRAGENS DE ENROCAMENTO Comportamento excelente aos sismos 127 barragens (EUA, Japão, Rússia) (Seed et al., 1978) Magnitude (Richter) - 8,3 Aceleração - 1,3 g Assentamento - 0,8 m 67

68 COLAPSO EM ENROCAMENTOS O caso da Barragem de Beliche 68

69 COLAPSO EM ENROCAMENTOS Deformações volumétricas praticamente instantâneas devidas ao aumento do teor de água em blocos de enrocamento DIMINUIÇÃO DA RESISTÊNCIA À FRACTURAÇÃO 69

70 ANTES DA CONSTRUÇÃO DA BARRAGEM ENROCAMENTO DA BARRAGEM DE BELICHE Ensaios de compressão triaxial feito da água Colapso 70

71 FASE DE CONSTRUÇÃO h=2/3h (tubos inclinométricos) ENSAIO DE COLAPSO Molhagem abundante 20% de água em peso relativamente ao enrocamento 71

72 Ensaios de colapso in-situ 3 Enrocamento são 6 ±1 cm 9 Resultados Enrocamento alterado ±10 cm 72

73 BANQUETA (Tacos de nivelamento) Ensecadeira Ensecadeira Assentamento (mm) 73

74 Período Assentamento Final da construção 1,8% 2 anos após construção 0,8% Assentamento ao fim de 2 anos 1,40 m Fissuração longitudinal Deslocamentos horizontais montante-jusante (fendas) em consonância com a abertura do coroamento 74