QUESTÕES ACERCA DE BARRAGENS DE ENROCAMENTO. A. Veiga Pinto

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1 QUESTÕES ACERCA DE BARRAGENS DE ENROCAMENTO A. Veiga Pinto Maputo, 20 de Nov. 2014

2 O QUE SÃO OBRAS DE ENROCAMENTO? QUAIS OS TIPOS DE MATERIAIS UTILIZADOS EM OBRAS DE ATERRO? QUAIS OS PRINCIPAIS TIPOS DE OBRAS DE ENROCAMENTO? PORQUE AS MSE SÃO DE DIFÍCIL UTILIZAÇÃSO EM OBRAS DE ATERRO? QUAL O ENQUADRAMENTO GEOLÓGICO/GEOTÉCNICO DE MOÇAMBIQUE COM VISTA À IDENTIFICAÇÃO DE MATERIAIS DE ATERRO? QUAIS OS FACTORES A TER EM CONTA NA SELEÇÃO DE UM TIPO DE BARRAGEM? QUAIS AS INCERTEZAS DETERMINANTES ASSOCIADAS ÀS OBRAS DE ATERRO? QUAIS OS TIPOS DE BARRAGENS DE ENROCAMENTO? QUAL É A TENDÊNCIA ATUAL A NÍVEL MUNDIAL SOBRE A CONSTRUÇÃO DOS TIPOS DE BARRAGENS? QUAIS OS ASPETOS RELEVANTES NO PROJETO DE UMA BARRAGEM DE ENROCAMENTO? QUAL O DESEMPENHO ESTRUTURAL EXPECTÁVEL DE UMA BARRAGEM DE ENROCAMENTO? QUAIS OS PRINCIPAIS TIPOS DE ACIDENTES OCORRIDOS EM BARRAGENS DE ATERRO E EM PARTICULAR NAS DE ENROCAMENTO? QUAL O MAIOR CONTRIBUTO DA LEGISLAÇÃO SOBRE SEGURANÇA DE BARRAGENS? QUAL A IMPORTÂNCIA DOS ERROS HUMANO E ORGANIZACIONAL NOS ACIDENTES EM BARRAGENS? PORQUÊ BARRAGENS DE ENROCAMENTO?

3 O que são obras de enrocamento? Movimentação de terras Aterro Escavação 3

4 AUTO-ESTRADA A1_ km 100 Lanço Torres Novas/Fátima Escavação Blocos rochosos extraídos a fogo Aterro Enrocamento

5 Quais os tipos principais de obras de enrocamento? Aplicação de obras de enrocamento em: Barragens Obras rodoviárias Obras ferroviárias Obras aeroportuárias Obras portuárias 5

6 Barragens B. do Sabugal B. de Bastelos B. de Odeleite B. de S. Domingos B. da Apartadura B. de Beliche B. de Keddara 6

7 Obras Rodoviárias Albufeira da Barragem do Varosa IP3 H = ± 45m 1V:1H Confiança no risco

8 Barragem do Varosa H = 76 m Túnel Aterro do Varosa IP3 Aterro do Varosa

9 AEROPORTO DO FUNCHAL Obras Aeroportuárias Aterro experimental

10 Ensaios de campo e ensaios de laboratório AEROPORTO DO FUNCHAL

11 Obras Aeroportuárias Área de intervenção Aterro de enrocamento após construção AEROPORTO DO FUNCHAL

12 Obras Marítimas 12

13 Quais os tipos de materiais utilizados em obras de aterro? Solos Enrocamentos Misturas de Solo/Enrocamento (MSE) 13

14 < ϕ < E < k Solos > ϕ > E > k MSE Enrocamentos ± ϕ ± E ± k k > 10-3 cm/s

15 Variabilidade das propriedades dos materiais de aterro Módulo de deformabilidade - > 20 vezes Resistência ao corte - taludes de 1V:1H a 1V:4H Coeficiente de permeabilidade - >

16 Porque as MSE são de difícil utilização em obras de aterro? 16

17 Solos Ensaio de Compactação leve 17

18 Variabilidade das características físico-mecânicas das MSE vulnerabilidade na utilização em barragens Para cada percentagem de grossos há um resultado de ensaio Proctor (peso volúmico máximo e teor em água ótimo) Com o aumento da percentagem de grossos diminui o estado de compacidade da fração fina (solos) 18

19 19

20 Elo mais fraco 20

21 Equipamento de ensaio Proctor em laboratório para MSE EUA Funcionalidade não eficaz e não utilizável 05/07/

22 Desempenho das MSE Efeito da água em excesso Elevada precipitação 22

23 Efeito de almofada na compactação Melhor seleção do Enrocamento na zona de empréstimo 23

24 Enrocamento sem finos 24

25 Qual o enquadramento geológico geotécnico de Moçambique com vista à utilização em materiais de aterro? 25

26 Geologia de Moçambique Formações Sedimentares do Cenozóico - Arenitos carbonatados e não carbonatados - Províncias de Sofala, Inhamba e Gaza Formações Sedimentares do Cretácico - Conglomerados com calcários e arenitos Formações sedimentares do Karoo - Arenitos argilosos compactados - Em pequena extensão em Tete e Niassa - Rochas vulcânicas do Jurássico - Basaltos fracturados e riólitos - Zonas montanhosas - Regiões mais interiores de Tete, Manica, Gaza e Maputo Rochas Metamórficas do Pré-câmbrico - Gneisses, migmatitos e charnóquitos - Planaltos das zonas mais montanhosas - Cabo Delgado, Niassa, Tete, Nampula e Manica e nas regiões interiores de Zambézia e Sofala Tete Manica Gaza Moamba Zambézia

27 Barragem de Moamba Dunas inferiores, terraços, formações aluvionares e formações sedimentares; Conglomerados de grés, xistos argilosos e calcários compactos; Rochas vulcânicas riólitos, basaltos e tufos vulcânicos; Barragem de terra zonada Tete Arenitos argilosos compactados com depósitos de carvão associados, tilitos, conglomerados e xistos (Formações Sedimentares de Karoo); Basaltos, riólitos e diques máficos; Gnaisses e rochas plutónicas; mármores; Barragens de enrocamento ou zonadas Zambézia Formações sedimentares terrestres interestratificadas por rochas sub-vulcânicas ou intrusivas; Mármores; Sienitos nefelínicos, Campos pegmatíticos; Barragens de enrocamento Manica Geologia de Moçambique em zonas de futuros empreendimentos Rochas metamórficas, e vulcanitos; Barragens de enrocamento Gaza Barragem de Mapai Grés conglomeráticos e ferruginosos, depósitos de escorrência argilo-arenosa fluvial e argilosa de abrasão marinha e aluviões recentes; Barragem de terra zonada

28 Quais os factores a ter em conta na seleção de um tipo de barragem? FATORES CONDICIONANTES o Topográficos o Atmosféricos o Geológico-Geotécnicos o Construtivos o Socioeconómicos o Ambientais 28

29 FATORES ATMOSFÉRICOS o Humidade relativa do ar o Vento o Chuva o Secas prolongadas FATORES ATMOSFÉRICOS Destes factores sublinha-se a importância do hidrograma de projeto, isto é, do seu volume, distribuição temporal e valor máximo 29

30 FATORES GEOLÓGICO-GEOTÉCNICOS Tipo de Fundações: Solo x rocha (permeáveis, compressíveis, colapsíveis, etc.); Espessura de Aluviões; Espessuras de Argilas Mole (solo mole); Condições dos Solos in-situ nos Encontros: avaliar erodibilidade e colapsivilidade, quando da saturação (resistência, deformabilidade e permeabilidade); Tipo de rocha / fraturamento / alteração; Presença de matacões (blocos de rocha); Materiais de Construção: terrosos, arenosos e pétreos. Um projeto para ser bem fundamentado necessita de uma fiável caracterização dos materiais disponíveis para a construção do corpo da barragem e da sua fundação. 30

31 Quais as incertezas determinantes associadas às obras de aterro? 31

32 IMPERMEABILIZAÇÃO Incertezas Vulnerabilidades Deficiente caracterização geotécnica dos materiais Coeficiente de permeabilidade do solo superior ao especificado Evento indesejável Consequências Ineficácia na retenção do solo base Erosão Interna Medidas corretivas Construção ou reforço do pé de jusante 32

33 CONTROLO DA PERCOLAÇÃO Incertezas Vulnerabilidades Segregação do material do filtro Zonas que não obedecem ao critério do filtro Evento indesejável Consequências Percolação excessiva Erosão Interna Medidas corretivas Projectar e construir filtros a montante e jusante fiáveis 33

34 ESTABILIDADE ESTRUTURAL Incertezas Vulnerabilidades Caracterização geotécnica sobrestimada dos materiais do maciço estabilizador Resistência ao corte real do material do maciço estabilizador de jusante inferior à estimada Evento indesejável Consequências Deslizamento do corpo do aterro a jusante Rotura da barragem Medidas corretivas Medidas estabilizadores do talude a jusante, como a suavização do paramento e construção de 34 banquetas

35 Quais os tipos de barragens de enrocamento? Apartadura_1993 Enrocamento_Cortina a montante asfáltica Enrocamento_com núcleo argiloso Beliche_

36 Barragens de Enrocamento Enrocamento_CFRD Odeleite_1997 Enrocamento_Cortina a montante em aço Pego do Altar_

37 Barragem de Enrocamento Bastelos_1993 Enrocamento_Drenante 37

38 Barragem de Enrocamento 1V: 1,2H Planta Pico da Urze_EC Enrocamento_Geomembrana a montante

39 Qual é a tendência atual a nível mundial na construção de barragens? 39

40 Estatística de barragens 31% Barragens com mais de 100m (Até ao ano 2000) 3% 1% 20% Terra (TE) Enrrocamento (ER) 28% 17% Betão Arco (VA) Betão Gravidade (PG) Barragens com mais de 100m ( ) 18% 24% 0% 1% Terra (TE) 7% Enrrocamento (ER) Betão Arco (VA) 50% Betão Gravidade (PG)

41 Barragens de enrocamento

42 Países com mais barragens de enrocamento (%)

43 Barragens de enrocamento versus outras barragens (%)

44 Quais os aspetos relevantes no projeto de uma barragem de enrocamento? Tipo de barragem Com núcleo argiloso Com cortina a montante Características adequadas de estanqueidade do solo do núcleo; Verificar se a fundação é competente; Menor relevância na compactação dos enrocamentos. Maior relevância na compactação dos enrocamentos; Verificar se o sistema de estanquidade é competente. 44

45 Qual o desempenho estrutural expectável de uma barragem de enrocamento? COLAPSO EM ENROCAMENTOS Deformações volumétricas praticamente instantâneas devidas ao aumento do teor de água em blocos de enrocamento DIMINUIÇÃO DA RESISTÊNCIA À FRACTURAÇÃO 45

46 BARRAGEM DE BELICHE Ensaios de compressão triaxial Efeito da água Colapso 46

47 FASE DE CONSTRUÇÃO h=2/3h (tubos inclinométricos) BARRAGEM DE BELICHE ENSAIO DE COLAPSO Molhagem abundante 20% de água em peso relativamente ao enrocamento 47

48 BARRAGEM DE BELICHE 3 Enrocamento são 6 ±1 cm 9 Ensaios de colapso in-situ Resultados Enrocamento alterado ±10 cm 48

49 BARRAGEM DE BELICHE Ensecadeira BANQUETA (Tacos de nivelamento) Ensecadeira Assentamento (mm) 49

50 BARRAGEM DE BELICHE Fissuração longitudinal Deslocamentos horizontais montante-jusante em consonância com a abertura do coroamento 50

51 BARRAGEM DE BELICHE PROJECTO Δ H = 2,50 m OBRAS DE REABILITAÇÃO ANOS APÓS A SUA CONSTRUÇÃO 51

52 BARRAGEM DE BELICHE 52

53 BARRAGEM DE BELICHE Plano de observação revisto devido às obras em curso Fase final das obras de reabilitação 53

54 BARRAGEM DE BELICHE Após as obras de reabilitação 54

55 BARRAGEM DO SABUGAL Zonada com núcleo central argiloso H = 59 m V alb = m 3 Dono de Obra Estado (Ministério da Agricultura) Irrigação Construção de 1998 a

56 BARRAGEM DO SABUGAL 56

57 BARRAGEM DO SABUGAL PERFIL TIPO Tensões totais ao final da construção Paramento de montante 57

58 795,2 BARRAGEM DO SABUGAL 789,2 783,2 777,2 Deslocamentos verticais durante a fase de construção do inclinómetro IV6.794J COTA DAS TRAVESSAS (m) 771,2 765,2 759,2 753,2 747,2 741,2 735,2 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 ASSENTAMENTO (m) ε 1 =2,4% 58

59 BARRAGEM DO SABUGAL Inspeção Visual 59

60 BARRAGEM DO SABUGAL FICHA DE INSPECÇÃO VISUAL DE ESPECIALIDADE 60

61 BARRAGEM DA APARTADURA Assentamentos muito baixos ao fim de 11 anos de operação Vértice de montante do coroamento LINHA DE NIVELAMENTO GEOMÉTRICO DE PRECISÃO 61

62 BARRAGENS DE ENROCAMENTO Comportamento excelente aos sismos 127 barragens (EUA, Japão, Rússia) (Seed et al., 1978) Magnitude (Richter) - 8,3 Aceleração Assentamento - 1,3 g - 0,8 m 62

63 Quais os principais tipos de acidentes ocorridos em barragens de aterro e em particular nas de enrocamento? 1 - GALGAMENTO PELO COROAMENTO 2 - EROSÃO INTERNA NO CORPO DA BARRAGEM 3 - DEFORMAÇÃO EXCESSIVA 4 - EROSÃO INTERNA NA FUNDAÇÃO 5 EROSÃO SUPERFICIAL 6 DEGRADAÇÃO DAS PROPRIEDADES DOS MATERIAIS 7 SUPERFÍCIES DE DESLIZAMENTO 8 INSTABILIDADE DEVIDO A ACCÕES SÍSMICAS 63

64 CONSEQUÊNCIAS BARRAGEM PAÍS ANO VÍTIMAS Puentes (Alvenaria) Espanha Inuka (TE) Japão South Fork (TE) EUA Malpasset (VA) França Orós (TE) Brasil Vajont (VA) Itália Vratsa (Rejeitados) Bulgária Banqiao China (TE) Machu (TE) Índia Gouhou (TE) China

65 Alpes Italianos; exploração de energia hidroeléctrica Barragem arco de forma esbelta H = 260 m Conclusão em 1960 Primeiro enchimento em 1963 Recorde a nível mundial BARRAGEM DE VAJONT (ITÁLIA)

66 BARRAGEM DE VAJONT (ITÁLIA) CIDADE DE LONGORONE ANTES Vítimas DEPOIS

67 BARRAGEM DE TETON (EUA) 11:00h 5 Junho de 1976 Compactação do lado seco versus lado húmido 12:00h Bureau of Reclamation_USA pessoas evacuadas do leito de cheia 14 Vítimas

68 BARRAGEM DE CAMPOS NOVOS (BRASIL) Abertura de fendas súbita e surpreendente H = 202 m QUAL A CAUSA DO ACIDENTE?

69 PLANO DE EMERGÊNCIA INTERNO 2 km pessoas poderão vir a ser afetadas pela onda de cheia Barragem do Sabugal Concluída em

70 Barragem do Sabugal Em Março de

71 AÇÕES DE AVISO DA POPULAÇÃO A informação da população nas zonas em risco deve ser o mais simples possível. o Aviso para as pessoas deslocarem-se para os andares superiores; Aviso por: o Telemóveis o Rádio o Sirenes o Megafones em carros 71

72 MEIOS DE ALERTA E DE AVISO Avisos sonoros na barragem de Alqueva 72

73 Qual o maior contributo da legislação sobre segurança de barragens? EFICIÊNCIA E EFICÁCIA NO CONTROLO DE SEGURANÇA DE BARRAGENS 1. Cumprimento eficaz da Regulamentação e Normalização pelos vários intervenientes, nomeadamente pelo dono de obra o A existência de Regulamentos, Normas e Recomendações (legislação) sobre barragens não são suficientes para um controlo de segurança eficaz o Há, por vezes, deficiências na sua aplicação 73

74 EFICIÊNCIA E EFICÁCIA NO CONTROLO DE SEGURANÇA DE BARRAGENS 2. Elaboração de um adequado Plano de Observação, antes do início da construção, baseado nos pressupostos do Projeto 3. Efectuar um Controlo de Execução do Plano de Observação eficaz, nomeadamente com a instalação dos dispositivos de observação fiável e interpretação e análise do comportamento da estrutura logo após a aquisição dos dados 4. Apresentação, pelo dono de obra, no final da mesma do relatório de síntese da fase de construção 74

75 EFICIÊNCIA E EFICÁCIA NO CONTROLO DE SEGURANÇA DE BARRAGENS 5. Elaboração de um Plano de Primeiro Enchimento fiável que incorpore a informação obtida na fase de construção 6. Controlo de Execução do Plano de Primeiro Enchimento eficaz, nomeadamente, efectuando a análise do comportamento da estrutura nos patamares de enchimento Da análise estatística de acidentes em barragens, verifica-se que, em termos relativos, a fase de primeiro enchimento tem sido a mais crítica 75

76 EFICIÊNCIA E EFICÁCIA NO CONTROLO DE SEGURANÇA DE BARRAGENS 7. Realizações periódicas de inspecções visuais de especialidade ou de rotina de modo fiável (mitigação do risco por prevenção) As inspecções visuais têm por objectivo (NOIB, 1993): A detecção de sinais ou evidências de deteriorações ou sintomas de envelhecimento A detecção de anomalias do sistema de observação instalado Nas visitas de inspecção deve incluir-se a verificação do funcionamento dos órgãos hidráulico-operacionais 8. Elaboração e cumprimento de Planos de Emergência Internos 76

77 Qual a importância dos erros humano e organizacional nos acidentes em barragens? ERRO HUMANO OU ORGANIZACIONAL NAS FASES DE ESTUDO (ICOLD, 1972) Fase Número de casos VA CB PG TE ER Outros Total Reconhecimento Material (caracterização) Planeamento Projecto Construção Exploração Inspecção e observação Total

78 LIÇÕES ADQUIRIDAS EM RUPTURAS SARKARIA, 1999) The Complacency Factor in Dam Safety Assessments, 99 International Conference on Dam Safety and Monitoring, China book press, TGP Site, Em resumo, o factor complacência tem resultado de: Não reconhecer eficazmente o papel de deficiências nas fundações Utilizar métodos comuns ou empíricos no projecto, sem os adaptar aos materiais ou outras condições locais Fazer interpretações subjectivas ou erradas, em relação a resultados de análises de modelos matemáticos ou físicos A passagem de donos de obra de entidades estatais para privadas tem sido bastante negativo, nomeadamente por se adoptarem atitudes economicistas A garantia da segurança por parte do dono de obra deve ser sempre verificada pela autoridade É necessário ter sempre planos de emergência e sistemas de aviso e alerta 78

79 NOVAS FERRAMENTAS PARA COMBATER O FATOR COMPLACÊNCIA Gestão de Riscos em Barragens A gestão dos riscos é uma promissora ferramenta no controlo da segurança em barragens Das vantagens da gestão dos riscos destaca-se uma melhor sistematização e definição das incertezas e das consequências que podem provocar 79

80 ENGENHARIA DE BARRAGENS/MEDICINA Agente barragem doente (ser humano) Diagnóstico Detecção tipo de anomalia habilidade do engenheiro tipo de doença habilidade do médico

81 ENGENHARIA DE BARRAGENS/MEDICINA Engenheiro Médico Fiabilidade visitas à obra consultas Diagnóstico Medidas correctivas novos ensaios e cálculos obras de reabilitação exames (análises clínicas, etc.) receituário, cirurgia

82 A FINALIZAR Porquê barragens de enrocamento? o Extremamente Seguras, sobretudo quando o solo não é o sistema impermeabilizante o Económicas comparativamente às soluções em betão, sobretudo nas barragens mais altas o Reduzido período de construção

83 OBRIGADO! 83