Observação do Comportamento Estrutural da Barragem de Beliche após a Realização de Obras de Reabilitação

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1 Observação do Comportamento Estrutural da Barragem de Beliche após a Realização de Obras de Reabilitação Fernando Pardo de Santayana Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC), Lisboa, Portugal RESUMO: A barragem de Beliche, construída em 1986, de 55 m de altura, é uma barragem de aterro zonada, com núcleo central de solos argilosos e maciços estabilizadores de enrocamento. O sistema de observação da barragem é constituído, basicamente, por: marcas superficiais, tubos inclinométricos, baterias de assentamentos internos, células de tensão total e piezómetros. Durante o primeiro enchimento da albufeira verificaram-se assentamentos significativos (65 cm), como consequência do colapso e fluência do material de enrocamento dos maciços estabilizadores. Adicionalmente, estudos hidrológicos efectuados após a construção evidenciaram que o descarregador de cheias tinha sido subdimensionado no projecto. Em 1998 foram executadas obras de reabilitação, envolvendo o alteamento do coroamento e a definição de novas regras de exploração da albufeira. Apresentam-se os resultados mais relevantes da observação do comportamento estrutural da barragem após as obras de reabilitação. PALAVRAS-CHAVE: Barragem, aterro, enrocamento, observação, assentamento, deslocamento, colapso, fluência, inclinómetro, piezómetro, reabilitação. 1 INTRODUÇÃO A barragem de Beliche, concluída em 1986 no Sul de Portugal, serve para irrigação e abastecimento de água às populações, com um volume de albufeira de m3. Trata-se de uma barragem de aterro zonada (Fig. 1), com núcleo central argiloso e maciços de enrocamento, de xistos e grauvaques, com cerca de 55 m de altura e com um volume de aterro de 10 6 m 3. O desenvolvimento do coroamento é de 527 m, ao qual corresponde a cota 54,0 m (Hidroprojecto, 1980). O nível de pleno armazenamento da albufeira situa-se à cota 52,0 m, e o nível de máxima cheia, à cota 52,5 m. O perfil transversal da barragem (Fig. 1) é constituído por um núcleo central argiloso (material A), e dois maciços estabilizadores, a montante e a jusante, cada um deles provido de uma zona exterior de enrocamento (material C), e de uma zona interior de material de transição (material B). De forma a garantir adequadas condições de deformabilidade entre o núcleo central e os maciços de enrocamento, o material utilizado nas zonas de transição foi extraído das camadas superficiais mais alteradas das formações xistosas e grauvacóides das manchas de empréstimo, através do corte com charrua escarificadora. É um material tipo todos os tamanhos, com uma granulometria bastante extensa (Veiga Pinto, 1986). O material de enrocamento foi explorado, por meio de explosivos, das bancadas rochosas de material grauvacóide. O diâmetro máximo dos blocos, especificado para este material, foi de 0,80 m. O material argiloso utilizado no núcleo central apresentava um limite de liquidez da ordem dos 30% e um índice de plasticidade de cerca de 11%, com uma granulometria bastante extensa e uma percentagem de material inferior ao peneiro 200 (ASTM) entre os 30 e 50%. A fundação rochosa da barragem é constituída por xistos e grauvaques, com apreciável grau de alteração. Na parte mais profunda do vale desenvolve-se uma formação aluvionar com uma espessura máxima de 10 m, constituída por areias e burgaus siltosos. Nessa zona, os aluviões foram escavados para que o núcleo da barragem assentasse directamente no substrato rochoso, o qual foi impermeabilizado por meio de uma cortina de injecção.

2 Figura 1. Perfil transversal da Barragem de Beliche. Figura 2. Localização dos pontos do sistema de observação geodésica. O comportamento estrutural da barragem é controlado actualmente por um sistema de observação constituído, basicamente: por marcas superficiais distribuídas pelo coroamento e pelas banquetas dos taludes de jusante (Fig.2); por 6 tubos inclinométricos que funcionam como baterias de assentamentos internos, localizados no perfil central nº 7; por 3 tubos inclinométricos para determinação de deslocamentos internos horizontais localizados no perfil 7A, situado a cinco metros de distância do perfil 7; por 28 células de tensão total tipo Glotzl, colocadas no corpo da barragem, distribuídas em 10 grupos, 5 de eles à cota +13,60 m, e os restantes à cota +22,70m (Fig.3); e por 56 piezómetros hidráulicos instalados em 11 secções transversais, alguns deles no corpo da barragem e outros na sua fundação. O Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC) tem acompanhado o comportamento estrutural da barragem de Beliche desde o início da sua construção. A barragem foi instrumentada, em fases distintas, de forma a possibilitar o acompanhamento do comportamento estrutural, quer na fase de construção, quer na vida útil da obra. Em relação aos deslocamentos, os valores registados no final da construção foram superiores aos previstos. Durante a fase do primeiro enchimento verificaram-se assentamentos significativos na barragem, que foram atribuídos a colapso e fluência do material de transição dos maciços estabilizadores. Em 1989, no final do primeiro

3 enchimento, os assentamentos do coroamento da barragem atingiram um valor de 0,65 m, o que provocou uma perda de folga de cerca de 0,50 m. Para além dos assentamentos, verificaram-se também, durante a fase de primeiro enchimento, deslocamentos horizontais significativos, como consequência dos quais se observou a aparição duma série de deteriorações no coroamento da barragem, nomeadamente fissuras longitudinais no pavimento, as quais começaram de imediato a ser observadas e controladas. Estas circunstâncias, a perda de folga e as deteriorações no coroamento da barragem, mantiveram-se até ao ano Com o intuito de reparar as deteriorações e recuperar a perda de folga, e tendo em consideração que estudos hidrológicos efectuados após a construção evidenciaram que o descarregador de cheias tinha sido subdimensionado no projecto, foram executadas, entre Agosto de 1997 e Junho de 1998, obras de reabilitação da barragem e de alteamento do seu coroamento (Hidroprojecto, 1996). Devido a estas, foi necessário proceder a alterações em todos os dispositivos de observação instalados no coroamento. Nesta comunicação apresentam-se os resultados mais relevantes da observação e da análise do comportamento estrutural da barragem após as obras de reabilitação. 2 RESULTADOS DA OBSERVAÇÃO APÓS AS OBRAS DE REABILITAÇÃO As análises dos resultados da observação e das inspecções levadas a cabo a partir das obras de reabilitação até ao ano 2005 permitem concluir que o comportamento estrutural da Barragem de Beliche é razoavelmente satisfatório. Deve salientar-se, contudo, que em Maio de 2001 começou a observar-se uma nova ocorrência de fenómenos de fissuração longitudinal e deterioração do pavimento do coroamento, o que obrigou a pequenos trabalhos de reparação em Estes fenómenos estão provavelmente relacionados com os deslocamentos horizontais na direcção montante-jusante medidos nos alinhamentos de marcas superficiais de montante e de jusante do coroamento. Estes deslocamentos ocorreram em sentidos opostos, para o exterior da barragem. De Junho de 1998 (campanha de referência após as obras de reabilitação) a Outubro de 2004, os deslocamentos horizontais no coroamento da barragem, no alinhamento de montante, foram da ordem de 20 mm para montante, e no alinhamento de jusante, de até um valor máximo de 20 mm para jusante, o que equivale a um alargamento do coroamento da ordem de 40 mm. A zona com maiores sinais de deterioração no pavimento foi a situada entre o perfil 7 e o encontro direito, precisamente, a zona onde os deslocamentos horizontais do alinhamento de jusante foram maiores (o deslocamento do alinhamento de montante foi mais homogéneo ao longo do coroamento). Actualmente, verifica-se que, em geral, os deslocamentos horizontais das marcas superficiais localizadas na zona de jusante da barragem (alinhamento de jusante do coroamento e alinhamentos das banquetas do paramento de jusante) ocorrem a um ritmo muito lento ou encontram-se quase estabilizados desde o ano 2000, enquanto que, para o alinhamento de montante do coroamento, não se pode dizer o mesmo (Fig. 3). Neste alinhamento, a taxa media de deslocamento horizontal na direcção montante-jusante tem sido de 0,23 mm/mês de 1998 a Os assentamentos superficiais no coroamento medidos de Junho de 1998 a Outubro de 2004 foram da ordem de 30 mm (Figs. 4 e 5). As taxas de assentamento apresentaram uma certa tendência para diminuir com o tempo, tendo sido de 0,3 a 0,4 mm/mês neste período. De 1993 a 1996 esta taxa tinha sido de 1,9 mm/mês. Relativamente aos deslocamentos horizontais internos medidos nos inclinómetros do perfil 7A, os valores foram reduzidos em ambas as direcções após as obras de reabilitação. Na direcção montante-jusante o sentido dos deslocamentos é, em geral, para o exterior do aterro. Os assentamentos internos medidos nas baterias do perfil 7 foram também relativamente reduzidos de 1998 a Os assentamentos máximos foram da ordem de 30 mm, semelhantes, portanto, aos verificados no coroamento.

4 25 20 Montante Ref. 23/Jun/ J20 7J25 7J30 7J35 7J40 7J56 7M Jusante Jun-98 Dez-98 Jun-99 Dez-99 Jun-00 Dez-00 Jun-01 Dez-01 Jun-02 Nov-02 Mai-03 Nov-03 Mai-04 Deslocamento, mm Nov-04 Data Figura 3. Deslocamento horizontal na direcção montante-jusante nas marcas superficiais do perfil 7, no paramento de jusante às cotas 20,00 m, 25,00 m, 30,00 m, 35,00 m e 40,00 m (7J20, 7J25, 7J30, 7J35 e 7J40) e no coroamento (7J56, jusante; 7M56, montante) 0 Assentamento, mm M56 9M56 8M56 7M56 6M56 5M56 Ref.: M56 3M Marcas superficiais Figura 4. Assentamentos superficiais medidos no alinhamento de montante do coroamento de 1998 a ,0 0,0 Ref.: ,0-10,0-15,0-20,0-25,0-30,0-35,0 J 25 J 40 J 56 M Assentamento, mm Figura 5. Evolução do assentamento máximo nos alinhamentos do paramento de jusante às cotas 25,00 m (J25) e 40,00 m (J40), e nos alinhamentos de jusante (J56) e de montante (M56) do coroamento.

5 As leituras piezométricas continuam a evidenciar um esquema da rede de infiltração através da barragem semelhante ao existente antes das obras de reabilitação. Os piezómetros localizados na metade de montante do núcleo central, especialmente aqueles situados a cotas mais altas, apresentaram, em geral, cargas hidráulicas elevadas, próximas dos níveis de água na albufeira (Fig. 6). Nos piezómetros situados na zona de jusante do núcleo registraram-se cargas hidráulicas inferiores ao nível de água na albufeira (excepto em 2005, em que houve uma brusca descida deste nível devido à seca). Pode deduzir-se, a partir das leituras nos piezómetros, que o comportamento da cortina de injeção permaneceu, em geral satisfatório, excepto na zona do perfil 12 (Fig. 7), localizado entre o perfil 10 e o encontro direito. Nesta zona, os piezómetros instalados na fundação a jusante da cortina de injecção apresentaram cargas hidráulicas elevadas, próximas do nível de água na albufeira, e com uma resposta rápida às variações do mesmo. Em relação a las tensões totais medidas nos grupos de células de tensão total, no fim da construção mediram-se tensões principais máximas da ordem de a kpa nas células dos grupos G1 e G5, localizadas no material de transição, e da ordem de 500 a 650 kpa nos grupos G2, G3 e G4, situados no núcleo central à mesma cota (13,6 m). Estas leituras evidenciaram transferência de tensões do núcleo central para os maciços estabilizadores e filtros. Os valores das tensões principais mínimas foram relativamente elevados em todos os grupos (300 to 500 kpa). O valor da relação entre as tensões principais (K 0 ) variava entre 0,55 e 0,85, no núcleo central, e entre 0,27 e 0,48, na zona de transição. Relativamente à relação u/σ v entre as pressões intersticiais (u) e as tensões verticais (σ v ), determinaram-se, em cinco pontos do núcleo central da barragem, valores de 0,39 e 0,65, à cota 13,5 m, e de 0,26, 0,37 e 0,52, à cota 22,6 m. A variação das tensões totais no interior do aterro, nos anos posteriores ao final da construção, foi bastante reduzida. Contudo, as leituras reflectiram a influência da subida da água na albufeira, produzindo-se um aumento das tensões horizontais, como resultado das tensões hidrostáticas instaladas com o enchimento da albufeira. Verificou-se, igualmente, um aumento da tensão principal máxima no núcleo central, e uma diminuição da mesma no material dos maciços estabilizadores e filtros, a que corresponde, portanto, relativamente à situação no final da construção, um decréscimo da transferência de tensões àqueles materiais. Cota piezométrica, m NAA P8.1 (M) P8.2 (M) P8,3 (M) P8.4 (J) P8.5 (J) P8.6 (J) Figura 6. Evolução das cotas piezométricas no perfil 8 e do nível de água na albufeira (NAA). As tensões neutras medidas no núcleo ao longo da fase do primeiro enchimento traduziram nitidamente dois fenómenos distintos: a dissipação das pressões intersticiais da fase de construção, e a instalação gradual do regime de percolação permanente, neste caso com o aumento gradual e contínuo das tensões neutras nos piezómetros instalados mais a montante. Os valores da relação u/σ v, dois anos e meio após a construção, variavam entre 0,10 e 0,46. Após o primeiro enchimento não se observaram variações significativas das leituras das tensões totais, exceptuando alguma oscilação em função do nível de água na albufeira. Os valores registados após os trabalhos de reabilitação foram, em geral,

6 semelhantes em todos os grupos aos registados antes das obras, com uma ligeira diminuição, porém, a partir de 2003 nos grupos G2, G3 e G4, nomeadamente em relação às tensões mínimas, que pode estar relacionada com uma certa deterioração no funcionamento das células. Os valores da relação entre as tensões principais máxima e mínima e do ângulo θ (ângulo entre a direcção da tensão principal máxima e a direcção horizontal, com valor 0º para jusante) têm-se mantido nas mesmas ordens de grandeza que antes das obras. As trajectórias de tensões efectivas no núcleo central da barragem, determinadas a partir dos resultados das medições nas células de tensão total e das leituras nos piezómetros próximos, revelam que, em geral, os níveis de tensão mantêm-se afastados das envolventes teóricas de rotura. Cota piezométrica, m Figura 7. Cotas piezométricas no perfil 12D. 3 CONCLUSÕES NAA P12D.1 P12D.2 P12D.3 P12D.4 P12D.5 Os trabalhos de reabilitação e alteamento da barragem de Beliche, efectuados em , tiveram como objectivo recuperar a perda de folga produzida pelos assentamentos ocorridos no coroamento durante os primeiros anos de exploração, tendo também em consideração que estudos hidrológicos efectuados após a construção evidenciaram que o descarregador de cheias tinha sido subdimensionado no projecto. A solução adoptada para evitar a possibilidade de galgamento durante as cheias consistiu, basicamente, na reconstrução do coroamento da barragem, elevando a sua cota, e na modificação das regras de exploração da albufeira, evitando a realização de alterações significativas no descarregador existente. No período posterior às obras de reabilitação verificaram-se ainda assentamentos e deslocamentos horizontais significativos no aterro, embora consideravelmente inferiores aos registados nos períodos precedentes, e com uma tendência para a diminuição. Em finais de 2004, o assentamento máximo, relativamente a 1998, medido no coroamento da barragem foi de cerca de 3 cm. Os deslocamentos horizontais na direcção montante-jusante produziram um incremento da largura do coroamento de cerca de 4 cm entre 1998 e 2004, originando, em consequência, alguns problemas de fissuração longitudinal e de deterioração do pavimento do coroamento, os quais forram objecto de reparação em Contudo, em geral, o comportamento estrutural da barragem foi razoavelmente satisfatório e os objectivos das obras de reabilitação podem considerar-se bem sucedidos. REFERÊNCIAS Hidroprojecto (1980). Abastecimento de Água ao Sotavento Algarvio. Aproveitamento da Ribeira de Beliche. Projecto para a D.G.R.N. Hidroprojecto (1996). Aproveitamento hidráulico Odeleite-Beliche. Barragem de Beliche. Projecto de reabilitação e alteamento do coroamento e da motorização das comportas do descarregador de cheias. Projecto para o INAG. Pardo de Santayana F. (2005). Barragem do Beliche. Análise do comportamento estrutural até Dezembro de Relatório interno 169/05-NBOA, LNEC; Lisboa, Março. Veiga Pinto, A. A. (1986). Barragem do Beliche. Colaboração no controlo da construção dos aterros. Relatório interno, LNEC.

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