CRITÉRIOS PARA FIXAÇÃO DE VALORES LIMITES DA INSTRUMENTAÇÃO CIVIL DE BARRAGENS DE CONCRETO E DE TERRA

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1 COMITÊ BRASILEIRO DE BARRAGENS XXV SEMINÁRIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS SALVADOR, 12 A 15 DE OUTUBRO DE 2003 T92 - A03 CRITÉRIOS PARA FIXAÇÃO DE VALORES LIMITES DA INSTRUMENTAÇÃO CIVIL DE BARRAGENS DE CONCRETO E DE TERRA Selmo Chapira Kuperman Maria Regina Moretti Sergio Cifu Tarcisio Barreto Celestino Giácomo Re Klaus Zoellner THEMAG ENGENHARIA E GERENCIAMENTO S/C LTDA. Julio César Pínfari Edvaldo Fabio Carneiro Sergio Luiz Guimarães Rossetto Ruitter Prada Reigada CESP COMPANHIA ENERGÉTICA DE SÃO PAULO S. A RESUMO Este trabalho tem como finalidade apresentar os critérios adotados para a fixação de valores limites da instrumentação civil das barragens de concreto, terra e enrocamento das usinas hidrelétricas Ilha Solteira, Jaguari, Eng. Souza Dias (Jupiá), Paraibuna e barragem do Paraitinga, da CESP - Companhia Energética de São Paulo. O critério utilizado prevê que situações de alerta ou atenção são atingidas quando os valores de referência de leituras são ultrapassados ou, quando as medições indicam o início de uma tendência que foge do padrão estabelecido ao longo do tempo e, que é função das ações atuantes e seus efeitos. ABSTRACT This paper presents the criteria used to assign limiting values for the instrumentation of concrete, earthfill and rockfill dams from Ilha Solteira, Jaguari, Eng. Souza Dias (Jupiá) and Paraibuna hydropowerplants and Paraitinga dam, owned by CESP - Companhia Energética de São Paulo. The criteria indicates that attention or alert conditions are reached when reference values for readings are exceeded or, when measurements start to indicate a tendency that is different from a pattern established along the years. 1

2 1 - INTRODUÇÃO Estabelecer valores admissíveis de deslocamentos e pressões piezométricas é tarefa bastante complexa que precisa contemplar condições de estabilidade e tensões desenvolvidas na estrutura, para diversas hipóteses de solicitação. Este trabalho tem como finalidade apresentar os critérios adotados para a fixação de valores limites da instrumentação civil de barragens da CESP - Companhia Energética de São Paulo, definidos conjuntamente entre esta e a THEMAG, empresa contratada para a prestação de serviços de reavaliação dos valores limites da instrumentação de auscultação das barragens de concreto, terra e enrocamento, da CESP. As barragens que foram objeto deste trabalho, Jaguari, Paraibuna, Paraitinga, Eng. Souza Dias (Jupiá) e Ilha Solteira, foram construídas há cerca de 30 anos ou mais e possuem um registro histórico de comportamento, seguindo as recomendações de controle, quando da elaboração dos projetos, através de inspeções periódicas efetuadas pela CESP e através da instrumentação de auscultação nelas instalada. Este registro histórico indica, na sua quase totalidade, que as estruturas apresentam comportamento estável, tanto no que diz respeito a deslocamentos como a subpressão. Ademais, as indicações da instrumentação, em geral, são valores de grandeza muito reduzida, com certeza muito aquém de qualquer valor admissível que fosse estabelecido. Logo, a fixação de valores limites muito além dos observados, historicamente, poderiam não alertar para alguma alteração de comportamento que ocorresse em determinado instrumento ou conjunto de instrumentos, levando a um adiamento da tomada de ações de investigação da ocorrência e de prevenção de algum problema maior. Cumpria, portanto, estabelecer valores limites que impedissem tal situação. 2 - FINALIDADES DA INSTRUMENTAÇÃO A instrumentação tem como objetivos a mensuração das ações atuantes na estrutura ou seus efeitos. Seu propósito principal é o de fornecer dados que auxiliem na avaliação da segurança de uma estrutura, através de seu desempenho ao longo do tempo e que possibilitem a detecção precoce de problemas potenciais. Seu objetivo secundário é o de permitir a comparação do comportamento da estrutura com o esperado pelo projeto. Instrumentos convenientemente instalados, leituras realizadas de maneira correta e avaliações adequadas realizadas nas épocas apropriadas são fundamentais na determinação do desempenho de uma barragem. A maioria das ruínas ocorridas em obras construídas pelo ser humano, provavelmente, poderiam ter sido evitadas caso os comportamentos destas estruturas tivessem sido inspecionados, monitorados e analisados continuamente e, se medidas corretivas adequadas tivessem sido adotadas a tempo. 2

3 Cada barragem representa uma situação única e requer uma solução individual para seu projeto de instrumentação. Por isto, o fato de algumas barragens existentes possuírem pouca ou nenhuma instrumentação não é, em absoluto, sinal de que um sistema de auscultação deva ser instalado. No entanto, quando os instrumentos adequados são instalados para avaliação da segurança, é vital que os mesmos sejam lidos e interpretados dentro das rotinas estabelecidas, pois podem fornecer informações valiosas sobre o desempenho das estruturas e suas condições de segurança. O fato de existir instrumentação instalada numa barragem não garante que os problemas ou anomalias que ocorrerem serão por ela detectados. Um dos problemas comumente encontrados em quaisquer tipos de barragens diz respeito a vazamentos: estes podem ocorrer sem que a maioria dos instrumentos consiga medir ou identificar quaisquer anormalidades; no entanto, a instalação de instrumento que mensure vazamentos (medidor de vazão) possibilitará um acompanhamento de sua evolução, podendo indicar alguma deficiência mais séria (caso de aumentos exagerados de vazão) ou apenas se os valores lidos estão coerentes com o que seria esperado pelo projeto. As três fases típicas de auscultação do comportamento de uma barragem são as de construção, enchimento do reservatório e operação. Nas barragens de terra e enrocamento, as ações atuantes que têm sido medidas são os carregamentos hidráulicos provenientes dos níveis d água que resultam em pressões neutras e subpressões. Nas barragens de concreto além deles, às vezes são medidos, também, os carregamentos térmicos. Os efeitos destas e outras ações refletem-se nas medições de deslocamentos (deformações, inclinações, etc.). 3 - INSTRUMENTAÇÃO DAS BARRAGENS DA CESP A maior parte da instrumentação instalada nas barragens de Ilha Solteira, Eng. Souza Dias (Jupiá), Jaguari e Paraibuna-Paraitinga (cerca de instrumentos instalados e ainda em funcionamento) teve como objetivo principal verificar as hipóteses, os critérios e os parâmetros adotados em projeto, a adequação de métodos construtivos bem como a obediência das estruturas de terra e concreto aos critérios de segurança correntes. Alguns instrumentos foram instalados, nestas obras, para obtenção de informações de peças estruturais particulares, nas quais se antecipava a possibilidade de maior discrepância entre o esquema estático adotado para o cálculo, forçosamente simplificado, se comparado com os recursos atualmente disponíveis e a evolução da técnica e, o comportamento real, com vistas principalmente à obtenção de elementos esclarecedores para futuros projetos. Outros instrumentos foram instalados com o fito de facilitar a aquisição de conhecimento nacional nas áreas de fabricação e instalação de aparelhos, bem como na de análise de resultados. Uma quantidade pequena de certos instrumentos foi instalada em alguns empreendimentos com a finalidade de pesquisa. Finalmente, alguns foram instalados com função temporária, para determinar a eficácia de tratamentos específicos ou ajudar na determinação de certos parâmetros. 3

4 Alguns tipos de aparelhos instalados com a finalidade de pesquisa ou avanço da técnica de instrumentação civil, simplesmente deixaram de funcionar ainda durante a fase construtiva ou logo após a construção. Outros, que tinham como função o monitoramento da fase construtiva e do período inicial de operação continuam a ser lido até o presente. Determinados tipos de medições foram extremamente úteis em fases anteriores das obras, porém não o são mais nesta fase de operação. Deixaram de ser essenciais para o acompanhamento sistemático e as análises de segurança das estruturas de concreto os instrumentos indicados a seguir: detetores de trincas; extensômetros para concreto; tensômetros de armadura; tensômetros para concreto; termômetros; extensômetros de grande base. Estão diretamente relacionados com a segurança das estruturas de concreto os seguintes instrumentos: piezômetros elétricos e de tubo; medidores de vazão; extensômetros de hastes; pêndulos diretos e invertidos; medidores de junta; bases de alongâmetro. Nas barragens de terra existem inclinômetros e medidores de recalque. Estes foram muito úteis durante as fases de construção e enchimento do reservatório mas, atualmente, estão com comportamento quase estabilizado, não podendo ser classificados como de suma importância para o acompanhamento da segurança destas estruturas, embora devam ter um acompanhamento periódico. São fundamentais para o acompanhamento da segurança das barragens de terra: piezômetros e medidores de vazão. 4 - CRITÉRIOS PARA FIXAÇÃO DE VALORES LIMITES GENERALIDADES O estabelecimento de valores limites para qualquer instrumento de medição, seja de uma grandeza física ou química é uma das metas que se procura atingir. No caso das barragens da CESP, os projetos realizados nas décadas de 1960 e 1970 adotaram os critérios que normalmente eram empregados na época e que sofreram algumas modificações para barragens construídas nas décadas de 1980 e Não era costume, na época, a fixação determinística de valores limites máximos para a maioria dos instrumentos instalados não só pelas dificuldades de se realizar esta operação através dos procedimentos de cálculo, então 4

5 disponíveis, como também pela falta de representatividade que tais valores poderiam apresentar. Em geral, os únicos efeitos de ações que possuíam limites bem definidos eram as subpressões e temperaturas em estruturas de concreto: as primeiras a partir de diagramas elaborados com base nos critérios estabelecidos pelo Bureau of Reclamation, dos EUA e as segundas a partir de estudos de propagação térmica realizados pelo método dos elementos finitos. Nas barragens de terra, no máximo, fixavam-se níveis limites para instrumentos instalados no dreno horizontal em função de estudos de estabilidade. Às vezes, alguns instrumentos eram brindados com estimativas de valores de referência de leitura, baseadas em casos históricos similares, mas raramente se chegava a impor previamente ao enchimento do reservatório um limite máximo, seja de atenção, alerta ou emergência, que indicaria uma situação de insegurança da barragem. Assim, do ponto de vista de segurança da estrutura os únicos instrumentos instalados que possuem um limite máximo definido em projeto, para as barragens mencionadas, são os piezômetros colocados nas fundações das estruturas de concreto das UHE Eng. Souza Dias ( Jupiá) e UHE Ilha Solteira. Infelizmente, no caso de barragens, não é possível aplicar-se valores limites estatísticos obtidos a partir de um universo de barragens construídas, visto que, cada unidade tem comportamento ímpar e que reflete as situações específicas do projeto e da construção, além de materiais empregados, condições das fundações, aspectos ambientais, entre diversos outros fatores. Os modelos e cálculos que normalmente podem ser empregados são: Determinísticos Desde que se disponha dos projetos completos, da geometria das estruturas, das cargas reais atuantes, das propriedades dos materiais das estruturas e suas fundações. Estatísticos Desde que se disponha de uma série histórica razoável de medições das ações e seus efeitos. Híbridos Desde que haja dados para a estimativa de um dos componentes referente a um dos efeitos medidos, embora não haja registros para se estimar os outros componentes. Nenhum destes modelos é perfeito e sua utilização deve ser bem criteriosa. Uma análise efetuada, pela Themag, em todos os instrumentos mostrou que a grande maioria das leituras apresentava valores coerentes sendo mínimos os casos que podem ser classificados como de leituras errôneas. 5

6 Avaliações das condições de estabilidade e padrões de percolação, considerando-se as leituras dos instrumentos, mostraram adequada situação de segurança estrutural. Por estas razões optou-se pelo uso do modelo estatístico para a fixação de Valores de Referência de Leituras da Instrumentação. Concluiu-se, também, que a fixação de valores para caracterizar Limites de Alerta e/ou de Emergência de todos os instrumentos carece de significado para as barragens em pauta. O critério recomendado, pela Themag e explicitado mais adiante prevê que Situações de Alerta ou Atenção são atingidas quando os Valores de Referência de Leituras são ultrapassados ou quando as medições indicam o início de uma tendência que foge do padrão estabelecido ao longo do tempo e que é função das ações atuantes e seus efeitos CRITÉRIOS ESTATÍSTICOS Conceituação Utilizada Levando em conta que as barragens da CESP, objeto deste estudo, têm mais de 30 anos de construção e operação, possuindo uma extensa série histórica de leituras, praticamente ininterruptas (exceto em poucos casos), que retratam as condições por que passaram e sabendo através da análise de relatórios e inspeções que o comportamento das mesmas é normal, decidiu-se empregar a estatística como ferramenta nestes estudos. Uma das hipóteses básicas foi a de que, se os valores medidos pelos mesmos instrumentos permanecerem variando dentro de uma determinada faixa, ao longo do tempo, mantendo-se todas as outras condições idênticas às passadas, o comportamento das estruturas continuará dentro da normalidade. Outras duas premissas foram de que os valores medidos obedecem a uma distribuição normal e o grau de confiança deve ficar entre 70% e 100%. Os conceitos básicos estatísticos utilizados contemplaram: distribuição contínua; distribuição normal ou de Gauss; distribuição t de Student; intervalo de confiança; testes de hipótese e significância (teste F); regressão linear simples e correlação; regressão linear múltipla e correlação Critério Estatístico para Adoção de Valores de Referência Foram adotados limites que garantissem que pelo menos 95% das leituras da série histórica estivessem dentro da faixa (Figura 1 e 2). 6

7 FIGURA 1 Distribuição com intervalos de aceitação e rejeição para um grau de confiança. Na Figura 1, tem-se: (1-a) área sob a curva que delimita a região de aceitação, para um determinado grau de confiança. a área sob a curva que representa o total da região de rejeição (área hachurada) a/2 área sob a curva que representa a região de rejeição da direita e região de rejeição da esquerda Para um determinado grau de confiança a região de aceitação encontra-se delimitada no eixo das abscissas, por µ - e o e µ + e o, onde: µ = média dos dados do estudo e o = Pr. Sd (Sd é o desvio padrão e Pr é um valor que depende do grau de confiança adotado e do número de dados do estudo em questão). Para um grau de confiança igual a 95%, ou seja (1- a), na Figura 1, e um número de dados superior a 120, o valor de Pr, tabelado (Student), é de 1,960. Se for mantido o grau de confiança, mas o número de dados estiver no intervalo entre 30 e 60, o valor de Pr foi adotado como 2,021. Este valor corresponde, na realidade, a um número de dados igual a 40 e é intermediário, na tabela de Student, entre os valores de 30 (2,042) e 60 (2,000). Houve consenso de que as diferenças seriam insignificantes, para os casos analisados. FIGURA 2 - Distribuição com intervalos de aceitação e rejeição, para um grau de confiança. Na Figura 2, para um grau de confiança igual a 95%, os limites do intervalo de aceitação X 1 e X 2 são: X 1 = µ (1,960. Sd) e X 2 = µ + (1,960. Sd) para um número de dados do estudo superior a 120 Ou, 7

8 X 1 = µ (2,021. Sd) e X 2 = µ + (2,021. Sd) para um número de dados do estudo entre 30 e 60. Aplicando esta analogia à série história das leituras dos instrumentos do estudo, o intervalo de aceitação é o intervalo compreendido pelas linhas chamadas de Valores de Referência, Superior ou Inferior. A Figura 3, a seguir, mostra como exemplo o gráfico da série histórica das leituras de um piezômetro da fundação de estrutura de concreto da Usina Ilha Solteira, ao longo de 16 anos, onde podem ser observadas duas linhas paralelas ao eixo das abscissas, representando o limite superior e inferior. Dada a escolha de 95% como grau de confiança, no mínimo 95% das leituras devem se encontrar entre estas duas linhas, portanto dentro do intervalo de aceitação. Os valores que saírem deste intervalo merecem especial atenção, não querendo representar, necessariamente, que a estrutura se encontra em perigo, devendo ser seguidas as recomendações constantes do item Situações de Alerta, descrito adiante. UHE ILHA SOLTEIRA - PZ Cota piezométrica (m) /11/ /8/1987 7/5/ /1/ /10/ /7/ /4/2001 Período Cota Piezométrica (m) Valor referência inferior = 271,71 m Valor referência superior = 276,89 m FIGURA 3 Série histórica de leituras de um piezômetro de fundação de estrutura de concreto, com as linhas representando os Valores de Referência Superior e Inferior, delimitando o intervalo de aceitação Metodologia Aplicada O roteiro seguido para a análise estatística dos dados de instrumentação das barragens de Ilha Solteira, Jaguari, Eng. Souza Dias (Jupiá), Paraibuna- Paraitinga, bem como seus diques, começou com a representação gráfica da série histórica de leituras de cada instrumento, inspeção visual dos gráficos à busca de traços marcantes, tendências, oscilações sazonais, oscilações associadas a eventos relevantes, enfim, toda e qualquer característica que pudesse servir de orientação para a análise estatística. 8

9 Foram efetuadas análises de correlação das leituras com as ações atuantes, a saber: nível d água montante, nível d água jusante, diferença de nível d água entre montante e jusante e temperatura. Para alguns instrumentos, tais como os piezômetros e medidores de vazão, foram examinadas as correlações das leituras com o nível d água de montante, com o nível d água de jusante e com a diferença de nível d água (montante-jusante). Para outros, tais como os pêndulos diretos e invertidos, foram examinadas correlações múltiplas com os níveis d água e temperatura e tentou-se, em alguns casos verificar se havia correlação com as deformações sofridas pelos extensômetros de hastes instalados no Vertedouro de Superfície da barragem de Ilha Solteira. A Figura 4 mostra um exemplo de correlação obtida para um dos pêndulos diretos e sua comparação com os valores medidos. A equação de correlação, neste caso, foi: d = - 2, , (Nam-Naj) + 0, T(30) (1) onde d é o deslocamento na direção montante-jusante, Nam e Naj são os níveis d água montante e jusante, T(30) é a média da temperatura dos trinta dias anteriores à realização da leitura e que resultou em melhor coeficiente de correlação (0,89). UHE ILHA SOLTEIRA - PD 405 3,00 Deslocamento Mont/Jus (mm) 2,00 1,00 0,00-1,00-2,00-3,00-4,00 14/11/ /8/1987 7/5/ /1/ /10/ /7/ /4/2001 Período Deslocamento Mont/Jus (mm) Valor referência superior = 1,87 mm Deslocamento Mont/Jus calculado (mm) Valor referência inferior = - 3,30 mm FIGURA 4 Comparação entre valores medidos e valores calculados a partir de correlações, para pendulo direto da UHE Ilha Solteira Em todos os casos foram feitos testes estatísticos da significância das correlações, com análise não apenas do coeficiente de determinação mas também do fator de significância (teste F). Em alguns casos selecionados, foram analisadas as leituras de instrumentos destinados a medir os mesmos efeitos (subpressões, por exemplo) situados nas mesmas posições em locais distintos. 9

10 Nas barragens em estudo, a maioria dos aparelhos indica ou uma estabilização de leituras (Caso 1) ou variações em consonância com as oscilações do nível d água do reservatório ou com a temperatura ambiente (Caso 2). Esse comportamento regular e dentro das expectativas está ocorrendo há muito tempo. É mais sensível para o acompanhamento do comportamento do conjunto estrutura/instrumento, efetuar-se a análise estatística do histórico dos registros, a qual permite indicar parâmetros característicos de cada instrumento. Em função dos dois casos acima apresentados, há duas linhas complementares de tratamento estatístico que precisam ser utilizadas para a definição dos valores limites máximo e mínimo de referência. Na primeira linha de tratamento, de aplicação genérica, considera-se que a média e o desvio padrão das leituras, calculados a partir de uma grande amostra de dados colhidos durante longo período de tempo, são parâmetros que refletem fielmente o comportamento do instrumento e podem, portanto, ser diretamente utilizados para o estabelecimento de valores de referência, entre os quais se enquadrem determinadas porcentagens dos dados historicamente registrados. Na segunda linha de tratamento, utilizada principalmente com piezômetros, quando as leituras apresentaram variações significativas e com elevada correlação com o nível d água do reservatório, é necessário vincular os valores também às ações (níveis do reservatório, por exemplo). Assim, a partir do tratamento estatístico dos dados históricos os valores de referência são estabelecidos, em função do nível d água (de acordo com as correlações identificadas). De acordo com o tipo de instrumento foram estudadas diversas correlações possíveis, não somente com o nível d água de montante e com o de jusante, mas também com a diferença entre eles, com a temperatura ambiente, com a temperatura local do instrumento, etc. Cabe ressaltar que os piezômetros de tubo, quando instalados em materiais de baixa permeabilidade, apresentam um tempo de resposta retardado em relação à variação da solicitação (nível d água do reservatório). Esse fato, muitas vezes, gera um coeficiente de correlação baixo entre a leitura do instrumento e a ação. Em tais situações foi investigada a defasagem que maximizava a correlação e, sempre que essa correlação se revelou significativa, foram acrescentados os limites de acordo com o Caso 2. No caso da temperatura ambiente, em virtude de ela necessitar de algum tempo para atuar em toda a estrutura, foram investigadas correlações com as médias dos 30, 60 ou 90 dias anteriores à leitura. As correlações estudadas que apresentaram valor do coeficiente de correlação linear r menor que 0,7 não foram consideradas, pois tais correlações explicam apenas cerca de 50% das variações observadas nas leituras (r² = 0,49). 10

11 Também foram rejeitadas correlações cujo fator de significância F, fosse incompatível com a hipótese de significância da correlação para o nível adotado de 5% (100% - 95%). Adotaram-se limites que garantissem que, pelo menos, 95% das leituras históricas estariam dentro da faixa. Os valores limites assim estabelecidos (chamados Valores de Referência de Leitura) foram calculados através de expressões matemáticas para cada um dos casos anteriormente mencionados. Caso 1 Valores de referência (VR) estabelecidos a partir da média e desvio padrão das leituras. Calculados a média e o desvio padrão das leituras, a partir deles estabeleceuse um intervalo de 95% de confiança para a média das leituras. Os limites desse intervalo são os valores de referência procurados. Esses limites foram obtidos somando à media ou dela subtraindo o resultado da multiplicação do desvio padrão pelo coeficiente da distribuição t de Student associado à probabilidade escolhida. Adotando-se 95% para o intervalo de confiança, esse coeficiente será 1,96 para um número de leituras superior a 120 (caso da maioria dos instrumentos analisados). A única exceção é referente ao estudo dos extensômetros de hastes instalados na UHE Eng?. Souza Dias (de Jupiá), onde o número de leituras situava-se entre 40 e 60 e o coeficiente 2,021 foi adotado para multiplicar o desvio padrão. As expressões matemáticas para a obtenção dos limites, foram as seguintes: VR = VM + 1,96 Sd (uso geral) ou VR = VM + 2,021 Sd (uso nos extensômetros de hastes da UHE Jupiá), onde: VR - são os valores de referência superior e inferior das leituras; VM - é o valor médio dos registros históricos do instrumento; Sd - é o desvio padrão dos registros históricos do instrumento. Os valores limites foram calculados para todos os instrumentos envolvidos na segurança das estruturas de concreto e para aqueles que apresentavam pequena magnitude de variação e baixa correlação com os níveis d água, no caso das estruturas de terra e suas fundações. A Figura 5 exemplifica um dos casos analisados. Caso 2 - Valores de referência estabelecidos a partir da correlação entre o nível d água do reservatório, a leitura e o fator erro da correlação. 11

12 PARAITINGA - PZ-10 - VALORES DE REFERÊNCIA Cota Piezométrica (m) , , , ,5 P NA Montante (m) Cota Piez. (m) Limite Sup. Limite Inf. Linear (Cota Piez. (m) ) FIGURA 5 Valores de Referência obtidos a partir de correlação entre cotas piezométricas e níveis d água montante, de piezômetro da barragem de terra de Paraitinga, entre 1986 e Também, neste caso foram propostos limites que garantissem que 95% dos registros históricos se enquadrassem na faixa estabelecida. A diferença em relação ao caso anterior consistiu no fato de que a faixa foi definida em relação à correlação entre as leituras e o nível d água do reservatório VALORES DE REFERÊNCIA DE LEITURAS Foi feita uma análise da série histórica da instrumentação, com individualização de tendências e variações sazonais, e identificadas as características do processo estacionário resultante (essencialmente desvio padrão). A partir destas análises foram estabelecidos critérios técnicos e estatísticos para fixação de níveis de referência. Os Valores de Referência de Leituras, máximos e mínimos, foram determinados a partir de critérios estatísticos de tal maneira que 95% das leituras históricas ficassem dentro da faixa histórica. Em alguns casos verificouse que estes níveis não poderiam ser estritamente estatísticos, pois existem limites físicos para as leituras de alguns instrumentos (como os medidores de vazão, por exemplo) e, além disto, em alguns casos mesmo desvios estatisticamente significativos podem ter impacto relativamente pequeno sobre a segurança da obra. Os Valores de Referência de Leituras têm como propósito orientar a CESP no processo de análise do comportamento dos diversos instrumentos instalados em suas barragens. Tem sido úteis para os observadores que podem, 12

13 doravante, verificar ao mesmo tempo em que realizam as medições dos aparelhos se o valor encontra-se dentro da faixa considerada como adequada. Esta adequação advém do fato de que os estudos efetuados comprovam que as estruturas inspecionadas comportam-se de acordo com o que seria esperado, sob o aspecto ações atuantes e seus respectivos efeitos. Tem sido úteis para o corpo técnico da CESP nas análises preliminares sobre o comportamento das estruturas, caso sejam constatadas variações repentinas de valores, nas verificações de consistências com dados anteriores, na indicação de algum erro de medição e na ocorrência de alguma anomalia do instrumento ou da estrutura. Em situações normais as leituras dos instrumentos deverão estar próximas às obtidas no passado, sob mesmas condições de carregamento. A utilização das equações de correlação obtidas pode ser muito útil nas verificações preliminares. O comportamento das barragens deve seguir o padrão estabelecido já há muito tempo e em alguns casos certas ocorrências devem ser levadas em consideração nas análises: influência da água de chuva nas medições de vazão das barragens de terra, variações térmicas nas infiltrações através de fissuras em estruturas de concreto, etc SITUAÇÕES DE ALERTA Foram consideradas Situações de Alerta, a partir de leituras de instrumentos, aquelas onde ocorram: medição de qualquer instrumento relacionado como importante para as avaliações de segurança da estrutura fora da faixa de Valores de Referência e manutenção deste valor mesmo após terem sido tomadas as precauções normais de verificação de consistência de leitura (tais como repetição da operação por intermédio de outro técnico, verificação da integridade do instrumento e do aparelho de medição, etc) ; manutenção do valor médio de cinco leituras consecutivas efetuadas no mesmo instrumento, com espaçamento semanal entre elas, próximo da medida considerada anômala; alteração na Tendência de Leitura, seja de aumento ou diminuição de valor medido. Esta alteração, em geral, pode ser notada visualmente a partir da elaboração de gráficos temporais da grandeza medida, tanto a longo prazo quanto de curto prazo. Caso a Tendência tenha se modificado, mesmo que os Valores de Referência de Leitura não tenham sido ultrapassados, configura-se um caso de Situação de Alerta. No caso dos piezômetros instalados nas estruturas de concreto das UHE Ilha Solteira e Eng?. Souza Dias (Jupiá), além dos Valores de Referência de Leituras foram também fixados, deterministicamente, Limites de Alerta, configurando uma faixa de variação. 13

14 As linhas dos Limites de Alerta foram definidos, para dois pares de valores dos níveis d água de montante (Hm) e de jusante (Hj) levando em consideração o efeito da existência e funcionamento efetivo dos drenos para redução das subpressões. O nível piezométrico registrado pelos instrumentos não deve em princípio ultrapassar, individualmente, a linha do Limite de Alerta resultante da combinação dos níveis d água de montante e jusante no dia da leitura. Desvios poderão ser tolerados desde que o diagrama total numa determinada seção possua área inferior àquela definida pelo Limite de Alerta correspondente. Esta confirmação, entretanto, constitui uma Situação de Alerta, exigindo conseqüentemente, intervenções para que seja restabelecida a normalidade. A análise de uma Situação de Alerta pressupõe além de verificações da instrumentação, aumento das freqüências de leituras e de interpretação, inspeções periódicas detalhadas dos locais e verificações sobre o funcionamento das estruturas como um todo. Caso sejam detectados problemas estes deverão ser corrigidos. Às vezes acontece de um instrumento indicar um valor que, se verdadeiro, representa uma séria anomalia da barragem. Medidas urgentes (tais como as indicadas) devem ser implementadas de modo a se evitar o acionamento de Situações de Emergência. Como o critério estatístico leva em consideração o histórico de um determinado período é conveniente que os Valores de Referência sejam reavaliados a cada cinco anos, caso tenham ocorrido variações significativas de níveis d água ou de outras ações atuantes sobre as estruturas. Se a faixa de variação das ações não se alterar ao longo do tempo esta reavaliação deverá ser realizada, no mínimo, a cada dez anos. Toda Situação de Alerta deve ser imediatamente analisada de modo que nunca seja necessário o acionamento de uma Situação de Emergência SITUAÇÕES DE EMERGÊNCIA Situações de Emergência podem ser detectadas caso inspeções periódicas efetuadas indiquem fatos extraordinários (surgências que possam levar a piping, trincas inesperadas, problemas na interface de equipamentos mecânicos com as estruturas civis, etc) ou acontecimentos inusitados (sismo, galgamento, cheia excepcional, etc). No caso dos piezômetros instalados nas estruturas de concreto das UHE Ilha Solteira e Eng?. Souza Dias (Jupiá), foi fixado, deterministicamente, um Limite de Emergência como uma linha definida a partir do critério de projeto utilizado para verificar a estabilidade dos blocos estruturais. Para efeito de verificação da segurança a Linha de Emergência foi traçada a partir dos níveis mínimos de montante (Hm) e de jusante (Hj), considerando, 14

15 em correspondência da galeria de montante, redução de 2/3 da diferença (Hm Hj). A configuração de emergência denota uma situação em que os fatores de segurança da estrutura estão muito próximos daqueles utilizados no projeto, como referência. Embora ainda não ocorra risco imediato para a estabilidade da estrutura, a situação é indesejável e deve ser imediatamente corrigida. Não se prevê que um instrumento, localizado em qualquer uma das barragens da CESP em questão, indique valores que configurem uma Situação de Emergência, exceto se uma Situação de Alerta tiver sido identificada e nenhuma providência tenha sido tomada. O corpo técnico da CESP está suficientemente apto para reconhecer quando ocorre um ou outro caso e dispõe da autonomia e ferramental necessário para tomar as precauções necessárias com a maior brevidade possível. 5 - CONCLUSÕES Quando instrumentos adequados são instalados para avaliação da segurança de uma barragem, é vital que os mesmos sejam lidos e interpretados dentro de rotinas estabelecidas; Recomenda-se que um dos critérios empregados para análise dos resultados da instrumentação e avaliação da segurança de barragens enfoque as denominadas Situações de Alerta ou Situações de Atenção, que são atingidas quando os Valores de Referência de Leituras são ultrapassados ou quando as medições indicam o início de uma tendência que foge do padrão estabelecido ao longo do tempo e que é função das ações atuantes e seus efeitos; Os Valores de Referência de Leituras tem como propósito orientar o processo de análise do comportamento dos diversos instrumentos. Permitem verificar, ao mesmo tempo em que se realizam as medições dos aparelhos, se o valor encontra-se dentro da faixa considerada como adequada. Tem sido úteis para o corpo técnico da CESP nas análises preliminares sobre o comportamento das estruturas, caso sejam constatadas variações repentinas de valores, nas verificações de consistências com dados anteriores, na indicação de algum erro de medição e na ocorrência de alguma anomalia do instrumento ou da estrutura. 6 - AGRADECIMENTOS Os autores agradecem as autorizações da CESP e da THEMAG para a divulgação de informações sobre as usinas de Ilha Solteira, Jaguari, Eng?. 15

16 Souza Dias (Jupiá), Paraibuna e Paraitinga, neste trabalho. Agradecem às importantes contribuições dos engenheiros Cláudio Casarin, Lia Marina Knapp, Kenia Damasceno Kimura, Manfredo de Vicenzo e Marcelo Cardoso Gontijo. Especial agradecimento ao Prof. Dr. Waldemar Coelho Hachich pelo valioso suporte na parte estatística do trabalho. 7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Comitê Brasileiro de Barragens Auscultação e instrumentação de barragens no Brasil, Junho/ ICOLD Dam Monitoring, Bulletin 60, ICOLD Monitoring of dams and their foundations, Bulletin 68, ICOLD Improvement of existing dam monitoring, Bulletin 87, Cruz, P.T 100 Barragens Brasileiras, Themag Diversos relatórios sobre a reavaliação, complementação, fixação de valores limites e fixação de freqüências de leituras da instrumentação civil das barragens da CESP Nov/ CESP- Sistema informatizado de segurança de barragens da CESP- SICESP. 8. CESP- Relatórios periódicos de auscultação emitidos pela CESP. 9. CESP Projetos executivos das estruturas. 10. Cliff T. Ragsdale - Spreadsheet Modeling and Decision Analysis 3 rd Edition Thomas H. Wonnacott and Ronald J. Wonnacott Introductory Statistics for Business and Economics Second Edition Pedro Luiz de Oliveira Costa Neto Estatística Davis M. Levine, Mark L. Berenson and David Stephen Estatística: Teoria e Aplicações 1998 / Kuperman,S.C., Cifu,S., Moretti,M.R., Re,G., Pínfari,J.C., Carneiro,E.F., Rossetto,S.L.G., Reigada,R.P. Reavaliação da instrumentação de auscultação instalada em barragens da CESP, XXV SNDB, Salvador,