INSTRUMENTAÇÃO. Prof. Sidnei Helder C. Teixeira

Transcrição

1 INSTRUMENTAÇÃO Prof. Sidnei Helder C. Teixeira 1 INTRODUÇÃO SEGURANÇA E RISCO A JUSANTE As Barragens, como todas as estruturas feitas pelo homem, estão destinadas a desaparecer num horizonte de tempo maior ou menor, tal como todas as obras de engenharia. A Engenharia e a medicina têm como uma das missões fundamentais adiar essas ocorrências fatais para uma data aceitável. (Betâmio de Almeida) 2 1

2 INTRODUÇÃO ENVELHECIMENTO BARRAGEM America s Ageing Dam Infrastructure (Percentage of dams over 50 years old) 3 MONITORAMENTO E INSPEÇÃO INSTRUMENTAÇÃO E INSPEÇÕES VISUAIS: 4 2

3 MONITORAMENTO E INSPEÇÃO A instrumentação de auscultação de uma barragem constitui um elemento de fundamental importância na supervisão das condições de segurança de uma barragem, pois somente através da mesma pode-se saber se está ocorrendo um aumento das subpressões na fundação e pressões neutras no aterro, quais as reais causas de alguns tipos de fissuras que ocorrem no concreto, etc. A seguir apresentam-se maiores detalhes sobre tais anomalias e a importância da instrumentação para sua detecção ou diagnóstico. 5 MONITORAMENTO E INSPEÇÃO Relata-se aqui um caso interessante de anomalia observada no comportamento de uma barragem de terra, em operação há 44 anos, na qual a instrumentação permitiu o diagnóstico correto e a implementação de uma solução emergencial de baixo custo e eficiente. Junto ao pé de jusante da barragem de terra, no encontro da base da ombreira direita com a região da várzea, onde o aterro apresenta altura máxima de 32,5 m, passou-se a observar em abril de 2009 a existência de uma surgência d água que passou a gerar grande preocupação em decorrência do aumento das infiltrações. Nas Figuras a seguir apresenta-se a locação da surgência. 6 3

4 MONITORAMENTO E INSPEÇÃO Planta da barragem de terra, com seta indicando o local da surgência 7 MONITORAMENTO E INSPEÇÃO Região da surgência d água junto ao pé de jusante da barragem. 8 4

5 MONITORAMENTO E INSPEÇÃO Julga-se que a inexistência de uma boa instrumentação na região da surgência teria motivado, como medida emergencial, a execução de uma berma estabilizadora a jusante, envolvendo um volume expressivo de material. Níveis piezométricos na Seção II da barragem de terra (Abr/2009). 9 MONITORAMENTO E INSPEÇÃO Escavação da trincheira nas proximidades do pé da barragem. Adensamento do enrocamento junto ao pé de jusante da barragem. 10 5

6 MONITORAMENTO E INSPEÇÃO Lançamento de brita No 2 sobre a manta geotextil, e colocação do tubo dreno. Envolvimento final da valeta de drenagem com manta geotextil. 11 MONITORAMENTO E INSPEÇÃO É inegável nesse caso a importância da instrumentação, onde duas seções transversais bem instrumentadas com piezômetros tipo standpipe foram de inestimável valor para o diagnóstico correto do problema, evitando-se a construção de uma berma estabilizadora junto ao pé de jusante da barragem, na hipótese do sistema de drenagem interna estar com desempenho comprometido. Importante ressaltar, também, o bom desempenho da piezometria da barragem, após 44 anos da instalação dos piezômetros tipo standpipe, o que vem ressaltar o bom desempenho e robustez desse tipo de instrumento após mais de quatro décadas. 12 6

7 Características dos Instrumentos. A instrumentação é utilizada para a realização de medições, e cada medida realizada envolve erros e incertezas. Quando da seleção de um instrumento, o usuário deve inicialmente avaliar as suas características de desempenho nos catálogos, de modo a julgar sobre a sua adequabilidade. A compreensão do desempenho é de relevante importância para a obtenção de bons resultados. Dentre as principais características dos instrumentos estão o campo de leitura, a resolução, a precisão, a acurácia e a repetibilidade. Como estas são as vezes confundidas, sua definição e significância são discutidas a seguir e ilustradas a seguir. 13 Características dos Instrumentos TERMOLOGIA REFERENTE AO DESEMPENHO DOS INSTRUMENTOS

8 Características dos Instrumentos CARACTERÍSTICAS BÁSICAS Apresentam-se a seguir as principais características dos instrumentos de medição e de sua conceituação básica, incluindo os vários tipos de erros que afetam as medições. 1. Conformidade Em condições ideais, a presença de um instrumento de medida não deve alterar o valor do parâmetro a ser medido. Se de fato o instrumento altera o valor, diz-se que o mesmo apresenta baixa conformidade. Uma célula de pressão total embutida em um aterro de barragem, deve em condições ideais apresentar a mesma deformabilidade do solo onde a mesma foi inserida. De modo complementar, o ato de perfurar uma sondagem ou compactar o aterro em torno do instrumento não deve alterar as condições do aterro no local. Conformidade é um ingrediente desejável de alta acurácia Acurácia Características dos Instrumentos Acurácia representa o grau de aproximação de uma medida em relação ao valor real (absoluto) da grandeza medida. Acurácia é sinônimo de grau de exatidão. A acurácia de um instrumento é avaliada durante sua calibração (valor padrão). No Brasil, este ajuste poderá ser realizado, sempre que possível, pelo IMETRO, que constitui o Instituto Nacional de Medidas Padrões. A acurácia é expressa como um valor, tal como 1 mm, 1% da medida, ou 1% do campo de leitura. A diferença entre acurácia e precisão é na figura a seguir. Quando seleciona-se um instrumento com uma acurácia apropriada, todo o sistema deve ser considerado, incluindo a acurácia de cada um dos componentes. 16 8

9 Características dos Instrumentos Acurácia x Precisão dos Instrumentos O alvo representa o valor verdadeiro Precisão Características dos Instrumentos Representa o teor de aproximação de cada número de uma série de medições similares, em relação à média aritmética. Precisão é sinônimo de reprodutibilidade ou repetibilidade. É comum se expressar a precisão como um número. O número de algarismos significativos de uma medida reflete a precisão da medição, deste modo, 1,00 indica uma maior precisão que 1,0. O fato de um instrumento permitir uma medida com três algarismos significativos não é garantia de que tenha a acurácia de 0,1 e é sem sentido se tentar obter uma medida com três algarismos de um instrumento com uma acurácia de somente 10%. 18 9

10 Características dos Instrumentos 4. Resolução A resolução é a menor divisão no mostrador do instrumento. É a menor variação do parâmetro medido, que pode ser detectada pelo instrumento, sendo, normalmente, muitas vezes menor do que a precisão do instrumento, nunca devendo ser expressa como um valor. 5. Campo de Leitura Especifica o maior e o menor valor que o instrumento está projetado para medir. Por exemplo, o campo abrangido por um piezômetro pode ser de KPa. Os valores a serem medidos pelo instrumento devem cair dentro do campo limite do instrumento. Caso o mesmo seja ultrapassado, corre-se o risco de danificação imediata do instrumento, o que deve ser evitado. 19 Características dos Instrumentos 6. Span Representa a diferença algébrica entre a leitura mínima e máxima que pode ser realizada pelo instrumento. Por exemplo: Campo de leitura: -25o a +70o C, span = 95 C Campo de leitura: 0 a 110 KPa, span = 110 kpa. 7. Repetibilidade Representa o ajuste na concordância de um número de medições consecutivas, uns com os outros, sob mesmas condições de operação. É expresso em unidades de engenharia, tal como 1 mm, ou como uma percentagem do campo total ( span )

11 Características dos Instrumentos 8. Linearidade Um instrumento é classificado como linear quando os valores indicados pelas medições são diretamente proporcionais a quantidade que está sendo medida. Se uma linha reta é representada graficamente, de tal modo que as diferenças entre as linhas reta e curva sejam mínimas, o afastamento entre as mesmas ( gap ) é uma medida da linearidade. Desta forma, uma linearidade de 1% do campo de leitura significa que o máximo erro incorrido ao se assumir um fator de calibração linear será de 1% da escala total ( span ) Histerese Características dos Instrumentos Quando a quantidade a ser medida está sujeita a variações cíclicas, o valor medido depende algumas vezes se a medida corresponde ao ramo ascendente ou descendente do ciclo de carga. Se as duas relações forem representadas graficamente como indicado na Fig., a separação entre as duas curvas é a medida da histerese. A histerese é normalmente causada pelo 22 11

12 Medição de interesse em barragens 10. Erros de Leituras Causas e atenuações dos erros de medição (Dunnicliff, 1993) 23 Características dos Instrumentos REQUISITOS BÁSICOS Simplicidade Rodustez e estabilidade Facilidade de Calibração Possibilitade de Calibração Reprodutividade Sensibilidade Pouca influência ambiente externo Mínima interferência Medição Direta 24 12

13 Características dos Instrumentos OBJETIVO DA INSTRUMENTAÇÃO Segurança Controle da Construção Economia Verificação de Hipóteses Desenvolvimento Ensaio de Verdadeira Grandeza 25 Programa de Monitoramento... OBJETIVOS DA INSTRUMENTAÇÃO: OBTENÇÃO DE PARÂMETROS; FASE CONSTRUTIVA AFERIÇÃO DE SOLUÇÕES TÉCNICAS ADOTADAS EM PROJETOS; PREVISÃO DE ZONAS DE RISCO; AVALIAÇÃO DE EVENTOS NÃO PREVISTOS OU ANOMALIAS; REVISÕES DE PREMISSAS DE PROJETO / MÉTODOS CONSTRUTIVOS

14 Programa de Monitoramento... OBJETIVOS DA INSTRUMENTAÇÃO: MONITORAMENTO E CONTROLE VERIFICAÇÃO DO DESEMPENHO GERAL DA ESTRUTURA X PROJETO; COMPORTAMENTO DOS ATERROS OU FUNDAÇÕES AO LONGO DO TEMPO; PREVISÃO DE ZONAS DE RISCO PÓS-CONSTRUÇÃO; REAVALIAÇÃO DAS CONDIÇÕES DE SEGURANÇA DO PROJETO; POSSIBILIDADE DE MEDIDAS CORRETIVAS PARA ALERTA DE POSSÍVEIS FALHAS. 27 Piezometria Introdução As medidas de nível d água no lençol (medidor de NA), pressão neutra interna do solo e pressões em junta são determinados por piezômetros. O termo piezômetro é usado para indicar um dispositivo que é selado no interior do subsolo para responder a variação da pressão do subsolo ao redor dele e isolado de outros estratos. Medidores de nível d água são utilizados para controle da estabilidade dos maciços tais como aterro, barragens, túneis, taludes naturais ou escavações bem como na estabilidade das estruturas de concreto em barragens, radies, etc

15 Medidor de Nível de Água Medidor de Nível de Água Instalados em furos de sondagem; Tudo perfurado preenchido com filtro de areia; Selo de bentonita apenas na superfície; Leitura: Cabo ou fita graduada, com precisão milimétrica; Ponta com eletrodos sinal sonoro ao atingir NA 29 Medidor de Nível de Água Medidor de Nível de Água 30 15

16 Medidor de Nível de Água Medidor de Nível de Água Leitura do nível de água 31 Piezômetros Piezômetros Medem pressões neutras (positivas ou negativas); Dois tipos de medidas: Poropressões medidas na barragem; Subpressões medidas na fundação; Piezômetros de sistema aberto; Piezômetros de sistema fechado; 32 16

17 Piezômetros de Sistema Aberto Piezômetros de Sistema Aberto CASAGRANDE/STANDPIPE Mede a resposta em uma certa profundidade. Desvantagem Grande tempo de resposta em solos impermeáveis Baixa sensibilidade 33 Piezômetros de Sistema Aberto Piezômetros de Sistema Aberto CASAGRANDE/STANDPIPE 34 17

18 Piezômetros de Sistema Aberto Piezômetros de Sistema Aberto CASAGRANDE/STANDPIPE Usina Hidrolétrica de Itá Rio Uruguai: Piezômetro de Casagrane com Manômetro 35 Piezômetros de Sistema Fechado Piezômetros de Sistema Fechado - PNEUMÁTICO Tubulação leva o gás para o pzm. Pressão entra por um lado da tubulação e quando atinge o valor da pressão de água empurra o diafragma existente e começa a gerar um excesso de pressão na tubulação de saída

19 Piezômetros de Sistema Fechado Piezômetros de Sistema Fechado - PNEUMÁTICO 37 Piezômetros de Sistema Fechado Piezômetros de Sistema Fechado - PNEUMÁTICO 38 19

20 Piezômetros de Sistema Fechado Piezômetros de Sistema Fechado - PNEUMÁTICO 39 Piezômetros de Sistema Fechado Piezômetros de Sistema Fechado - PNEUMÁTICO Vantagem: Tempo de resposta desprezível; Maior sensibilidade; Durável e confiável. Desvantagem: Dispositivo e instalação caros

21 Piezômetros de Sistema Fechado Piezômetros de Sistema Fechado - HIDRÁULICO Mesmo sistema de funcionamento do pneumático, substituindo-se a pressão de ar por pressão de água. 41 Piezômetros de Sistema Fechado Piezômetros de Sistema Fechado - HIDRÁULICO Vantagem: Similar ao pneumático, com Tempo de resposta desprezível; Desvantagem Longas linhas de tubulação; Requerem cuidados para desaeração; Juntas podem estar sujeiras a vazamentos; Requer proteção dos tubos

22 Piezômetros de Sistema Fechado Piezômetros de Sistema Fechado - ELÉTRICO De fio ou de resistência elétrica colada (strain-gauge) Funciona com o princípio das cordas vibrantes; A pressão d água é convertida em um sinal de frequência por meio de um diafragma, uma corda de aço tensionada e uma bobina eletromagnética. O piezômetro é projetado de forma que uma mudança de pressão no diafragma leve a uma mudança de tensão na corda. A vibração da corda na proximidade da bobina eletromagnética gera um sinal de frequência que é transmitido ao dispositivo de leitura. 43 Piezômetros de Sistema Fechado Piezômetros de Sistema Fechado - ELÉTRICO 44 22

23 Piezômetros de Sistema Fechado Piezômetros de Sistema Fechado - ELÉTRICO 45 Piezômetros de Sistema Fechado Piezômetros de Sistema Fechado - ELÉTRICO Vantagem: Extremamente sensível; Resposta rápida; Desvantagem Equipamento caro

24 Piezômetros de Sistema Fechado Piezômetros de Sistema Fechado Fibra Ótica Tendência para o futuro Brasil: Experimental (COPEL) PETROBRAS CENPES Desvantagem Equipamento de alto custo Sistema de aquisição 47 Piezômetros de Corda Vibrante Piezômetros de Sistema Fechado São constituídos por um corpo cilíndrico de aço inox, alojado internamente uma pedra porosa e uma membrana de aço inox, em cuja face é ficado um fio de aço (corda) tensionado e passando através de um eletro-imã

25 Piezômetros de Sistema Fechado Piezômetros de Corda Vibrante A blindagem dos cabos elétricos de conexão entre a célula piezométrica e o medidor externo constitui procedimento fundamental para garantir a integridade do instrumento contra efeitos de sobretensão e/ou descargas elétricas. 49 Piezômetros de Corda Vibrante Piezômetros de Sistema Fechado Funcionamento: A água intersticial passa através da pedra porosa e impõe uma determinada deformação ao diafragma afetando a tensão da corda que passa a vibrar. Esta vibração do fio induz na bobina magnética do eletro-imã uma oscilação elétrica de cabos elétricos blindados. As medições das frequências de oscilação de corda vibrante são correlacionadas diretamente as poropressões atuantes sobre o diafragma

26 Piezômetros de Sistema Fechado Piezômetros de Corda Vibrante Vantagem: Trabalha a volumes quase constante, fator de volume reduzido na ordem de mm³ por décimo de MPa. Oferecem respostas praticamente instantâneas, mesmo em solos de baixa permeabilidade. Desvantagem: Estão diretamente associados as limitações inerentes a dispositivos elétricos muito sensíveis a interferência eletromagnéticas de quaisquer natureza. Para medir a sucções a pedra porosa deve ser de cerâmica muito fica e saturada com água deaerada. Para medida de pressão de ar impõem-se pedras porosas grossas de baixas pressões de borbulhamento. 51 Piezômetros 52 26

27 deformações e deslocamentos. TIPOS DE EQUIPAMENTOS: VERTICAL Medidores de Recalque MEDIDORES DE DESLOCAMENTO HORIZONTAL Extensômetros e Inclinômetros SUPERFÍCIE Eletroníveis, Abertura de Juntas e Marcos Topográficos. 53 Medição de recalques. Marcos superficiais Placas de recalque Recalques no maciço e fundação 54 27

28 Marco de Deslocamento Superfícial Marcos de Deslocamento Superficial Marco de referência Marco deslocamento 55 Marco de Deslocamento Superfícial Marcos de Deslocamento Superficial Utilizados como referências para obtenção de deslocamentos horizontais e verticais, através de topografia de precisão. A principal característica deste tipo de instrumento é a facilidade de instalação e manutenção. Os marcos são constituídos de uma haste metálica, simplesmente fixada em uma base de concreto, e posicionados em pontos de interesse da barragem. Por serem de fácil acesso e por ficarem expostos ao ambiente, há o risco de danos aos marcos topográficos. Mesmo com sinalização da área onde estão instalados, com freqüência ocorre perda destes instrumentos, seja por acidentes, seja por atos de vandalismo. O projeto de instrumentação de barragens deve contemplar a possibilidade de perda ou inutilização de 10 a 20% dos marcos superficiais instalados durante a construção

29 Marco de Deslocamento Superfícial Marcos de Deslocamento Superficial Medem deslocamentos verticais e horizontais; Constituem-se de vergalhões de aço CA-50 1 ½ de diâmetro e 1,1 m de comprimento com uma semi-esfera de 15mm de diâmetro na ponta; Estrutura chumbada com um bloco de concreto; Cuidados com referencial topográfico; 57 Medidor de recalques - MAGNÉTICO Conjunto de placas dotadas de orifício na posição central e de um imã permanente tipo ferrite; As leituras são realizadas através de um sensor que desce ao longo do tubo de PVC, suspenso por uma trena metálica milimetrada. Ao atingir a posição do imã de uma placa (anel magnético), o campo magnético aciona um contato existente dentro do sensor, fazendo soar o alarme em superfície. Esta condição é percebida pelo leiturista através do deslocamento do ponteiro de um galvanômetro, ou de sinal emitido por um circuito apropriado; Medidor de recalques 58 29

30 Medidor de recalques Medidor de recalques TIPO KM Compostos por sistema de hastes conjugadas; A instalação tem início pelo chumbamento em rocha sã de um tubo galvanizado de 25mm de diâmetro, que serve de referência para esse sistema; As hastes correspondentes a cada placa, dispostas em torno do tubo de referência, são mantidas na posição vertical por meio de discos perfurados que funcionam como espaçadores; As medidas são efetuadas através de um paquímetro adaptado, cujo corpo se encaixa adequadamente no tubo de referência, e cujo bico móvel é apoiado na extremidade superior de cada haste ; 59 Medidor de recalques Medidor de recalques IPT Medidor de Recalque Telescópico Consiste de um tubo galvanizado de diâmetro 25mm, chumbado em rocha sã (considerada como incompressível, em termos práticos), e de uma ou mais placas solidárias a tubos também galvanizados. Os tubos são instalados de tal modo que os de maior diâmetro são associados às placas situadas em cotas mais elevadas. Quanto à manutenção necessária: Destaca-se a calibração do instrumento de leitura e o cuidado em manter a identificação do instrumento. Os erros mais freqüentes na instalação e na leitura: Hastes identificadas incorretamente. Deflexão do tubo devido à movimentação horizontal do maciço, fazendo com que a haste de referência encoste-se nos tubos telescópicos. Cadastramento incorreto da cota de instalação das placas

31 Medidor de recalques Medidor de recalques IPT Os recalques da fundação são determinados diretamente pela distância vertical entre os topos destes tubos, que podem ser sucessivamente emendados de acordo com o avanço da obra. Destaca-se a possibilidade de ocorrência de problemas durante as fases de terraplenagem; Deslocamentos das placas são as referências para as medidos dos recalques; 61 Medidor de recalques - Caixa Sueca Medidor Hidrostático de Recalque (Caixa Sueca) É constituído por uma caixa de PVC ligada pela base a três tubos, e pelo teto a um tubo que serve para aeração da caixa. Um dos três tubos que saem da base serve como ladrão, tendo sua saída no enrocamento. Os outros dois têm suas extremidades ligadas à parede da casa de leituras, e fixadas junto a uma fita graduada. Seu funcionamento baseia-se no princípio de vasos comunicantes. Medidor de recalques 62 31

32 Medidor de recalques Medidor de recalques - Caixa Sueca Medidor Hidrostático de Recalque (Caixa Sueca) Tubo A - de aeração: responsável pela manutenção da pressão atmosférica dentro da caixa sueca. Pode ser levado até o painel de leitura no caso de barragens de terra. Ao trabalhar com enrocamentos, não há necessidade de levá-lo até o painel, uma vez que os vazios do enrocamento permitem a manutenção da pressão. O material utilizado comumente é o polietileno; Tubos B e C de leitura e circulação: Ao instalar-se o equipamento, realiza-se a circulação de água destilada e deaerada no sistema. Pelo princípio dos vasos comunicantes, e com a pressão atmosférica mantida na caixa sueca pelo tubo de aeração, garante-se que o nível d água fique estabilizado no painel de leitura, enquanto não ocorrerem deslocamentos verticais no maciço; Tubo D de drenagem: a função desta tubulação é escoar o excesso de água que porventura ocorra dentro da caixa sueca. 63 Medidor de recalques - Caixa Sueca Utiliza o princípio dos vasos comunicantes; Recalque é obtido pela diferença nas leituras nos níveis d água no interior de cada um dos tubos internos; Para cada painel de leitura, costuma-se instalar várias caixas suecas, aproximadamente na mesma cota; Aferição do referencial topográfico periodicamente; Cuidados com formação de bolhas de ar; Medidor de recalques Caixa sueca e cabine provisória 64 32

33 Medidor de recalques Medidor de recalques - Caixa Sueca Vista superior da caixa sueca 2 medidas com tubo superior e inferior Vista inferior da caixa sueca 65 Instalação Cabeamento Condução dos cabos no núcleo de argila Condução dos cabos para jusante 66 33

34 Instalação Cabeamento Passagem para área de transição 67 Instalação Cabeamento Vista multiplexer e leitora manual Cabine de leitura célula elétrica 68 34

35 Medidor de recalques Medidor de recalques - Caixa Sueca Os erros mais freqüentes na instalação e na leitura: Vazamento e ar nas mangueiras. Não utilizar água destilada, o que pode causar a obstrução das mangueiras. Rompimento das mangueiras devido a recalques. Rompimento das mangueiras por ressecamento provocado pelo sol devido à falta de fechamento das cabines de leitura. Alteração na cota da régua de leitura devido ao recalque da cabine de leitura, sem a devida correção na fórmula. Cadastramento incorreto das cotas de instalação das caixas, prejudicando a análise. Leitura no painel injeção d água e estabilização 69 Medidor de recalques - Caixa Sueca Medidor de recalques Quanto à manutenção necessária: Verificar se há vazamento e retirar o ar de dentro dos tubos. Limpar a água sempre que estiver turva. Ao lavar as mangueiras, fazer a circulação de água e garantir que todo o ar foi expulso das mangueiras. Identificar a posição dos meniscos antes de lavar as mangueiras e conferir após a lavagem. Manter a identificação dos instrumentos

36 Medidor de recalques Medidor de recalques - Caixa Sueca 71 Célula de Pressão Total Célula de Pressão Total As pressões totais de terra têm sido medidas desde 1920 com a construção da primeira célula desenvolvida por Goldbeck. Duas situações principais aparecem na engenharia de fundações: tensão numa massa de solo e tensão na superfície de separação na interface solo-estrutura. Apesar da ideia de utilizar célula de pressão em pontos discretos numa massa de solo ser relativamente simples, a sua aplicação envolve muitas considerações a serem seguidas durante o projeto, o desenvolvimento, a fabricação, a calibração, a instalação e o período de leituras, sob pena de invalidarem totalmente os resultados medidos caso haja erro em qualquer uma das fases

37 Célula de Pressão Total Célula de Pressão Total É reconhecido que medidas precisas de tensão total no solo são extremamente difíceis de serem executadas, mesmo porque a presença de célula na massa do solo pode ter uma considerável influência nas tensões ao redor da célula, devendo-se garantir que a medida de pressão total da célula indique a média das tensões atuantes. 73 Célula de Pressão Total Célula de Pressão Total 74 37

38 Célula de Pressão Total Célula de Pressão Total Instalação de célula de pressão em 2 direções 75 Célula de Pressão Total Célula de Pressão Total Fechamento da vala 76 38

39 Célula de Pressão Total Célula de Pressão Total 77 Célula de Pressão Total Célula de Pressão Total 78 39

40 Célula de Pressão Total Célula de Pressão Total Em conjunto com um piezômetro tem-se a tensão efetiva; Instaladas na massa de solo ou no contato entre estrutura-solo; Normalmente instaladas em arranjos, dispostas com diferentes orientações e cobertas com aterro compactado a mão; Tipos: Diafragmas Hidráulico 79 Célula de Pressão Total - DIAGRAGMAS Célula de Pressão Total Membrana circular; Deflexão é sentida por um medidor de resistência elétrica (resistance strain gage transducer) acoplado diretamente na face interior da célula ou por um transdutor de corda vibrante 80 40

41 Célula de Pressão Total Célula de Pressão Total - HIDRÁULICO Cavidade interna preenchida por líquido e conectados a tubulação de alta pressão a um transdutor de pressão; Mesmo princípio do piezômetro hidráulico injeção de líquido; 81 Medição de deslocamentos horizontais Extensômetro Horizontal de Hastes Múltiplas O instrumento consiste de um conjunto de hastes metálicas instaladas dentro de um furo de sondagem. As hastes são rígidas e protegidas por mangueira plástica ao longo de seu comprimento. As extremidades inferiores das hastes são chumbadas na rocha em cotas distintas e as extremidades superiores dispostas no cabeçote de leituras

42 Medição de deslocamentos horizontais Extensômetro Horizontal de Hastes Múltiplas Para permitir deslocamentos das placas no interior do maciço, são instaladas luvas de emenda na tubulação que conduz as hastes para a cabine de leitura. A referência das leituras é feita a partir da medição inicial (logo após a instalação) de cada haste, sendo medidos os deslocamentos a partir de uma placa fixada na saída das hastes na cabine de leitura. As medidas são feitas com uma régua graduada em milímetros. 83 Medição de deslocamentos horizontais Extensômetro Horizontal de Hastes Múltiplas Vantagem: Facilidade de leitura, Possibilidade de instalação de um número razoável de placas de deslocamento, Reduzida dispersão de leituras

43 Medição de deslocamentos horizontais Extensômetro Horizontal de Hastes Múltiplas Desvantagens: Proteção contra a oxidação das peças galvanizadas, A dificuldade para se executar reparos no conjunto; Possível ocorrência de deslocamentos repentinos de difícil interpretação. 85 Medição de deslocamentos horizontais Extensômetro Horizontal de Hastes Múltiplas Manutenção: Manter identificação do instrumento. Tampar a base após a leitura. Calibração do relógio comparador de leitura

44 Medição de deslocamentos horizontais Extensômetro Horizontal de Hastes Múltiplas Erros frequentes: Apoio incorreto do relógio comparador na base. Cadastramento incorreto das cotas de ancoragem das hastes. Ajuste inadequado: quando a haste do micrômetro chega ao final do curso, as leituras ficam imprecisas. Neste caso, ajustar as bases de leitura movimentando-as para uma posição onde a haste do micrômetro as alcance (usar as chaves de ajuste que fazem parte do conjunto do extensômetro). Neste caso deve ser introduzida uma constante para continuar as leituras. Este ajuste só deve ser feito caso seja realmente necessário e por pessoa qualificada, pois o espaço de ajuste da base de leitura é pequeno e sensível. Caso se gire as chaves para o lado contrário ao do aperto feito na hora da instalação, podem-se perder a haste. Utilizar a seguinte padronização: sentido horário aperto instalar, sentido anti-horário desaperta para retirar as hastes. 87 Inclinômetros Inclinômetro Instalado em furos de sondagem para medição de sua inclinação em relação à vertical; Compõem-se de tubos de revestimento com ranhuras ortogonais onde se encaixam roldanas e um torpedo com pêndulo para determinar deslocamentos angulares; 88 44

45 Inclinômetros Inclinômetro Tubo inclinômetro compactação ao redor e problema espiralamento 89 Inclinômetros Inclinômetro Compactação manual ao redor e inclinômetro cabos, células e piezômetros no eixo 90 45

46 Inclinômetros Inclinômetro 91 Inclinômetros Inclinômetro Leitura de inclinômetro 92 46

47 Medição de deslocamentos horizontais Inclinômetros de Recalque Consiste de um conjunto de segmentos de tubos de alumínio ou PVC, confeccionados especialmente para esta finalidade, montados através de luvas telescópicas e rebites. O deslocamento vertical do revestimento cisalha os rebites, permitindo o movimento dos segmentos. É medida a posição de cada tubo utilizando trena com sonda pescadora, obtendose o perfil de recalque ao longo da altura do maciço. 93 Medição de deslocamentos horizontais Inclinômetros de Recalque Quanto a manutenção necessária: Recomenda-se conservar identificação padrão do instrumento, não permitir que a corrosão ou sujeira prejudique o funcionamento dos pontos giratórios da sonda pescadora, manter a extremidade dos segmentos fechada enquanto não utilizada e calibração da trena. Os erros mais freqüentes na instalação e na leitura são: Obstrução do tubo por queda de materiais no seu interior, acidental ou por vandalismo. Imprecisão no encaixe do pescador no ato de esticar a trena, devido ao desgaste das luvas de união dos tubos guias. Imprecisão no estiramento da trena metálica, devido ao seu comprimento. Cadastramento incorreto das cotas de instalação dos tubos

48 Medição de deslocamentos horizontais Inclinômetros de Deflexão: O instrumento é constituído por um conjunto de tubos de alumínio ou PVC que possuem quatro ranhuras, duas a duas diametralmente opostas e perpendiculares, geralmente dispostos nas barragens nas posições ombreira direita/ombreira esquerda e montante/jusante. A leitura da inclinação de cada tubo é feita por um torpedo introduzido no tubo guia. 95 Inclinômetros de Deflexão: Medição de deslocamentos horizontais Quanto à manutenção necessária: Manutenção do tubo em que o torpedo eletrônico será descido. Muitas vezes, antes de iniciar a leitura, utiliza-se descer um torpedo de teste; Lubrificação periódica do conjunto; Manter a extremidade superior do tubo fechada após as leituras, para evitar atos de vandalismo; Cuidado no transporte e armazenamento do torpedo; Manter identificação padrão do instrumento. Os erros mais freqüentes na instalação e na leitura são: Inversão da posição de descida do torpedo, gerando registro incorreto da leitura. Não aguardar a estabilização da leitura no fundo do tubo. Posicionamento do torpedo na profundidade incorreta. Desalinhamento das ranhuras do tubo guia, devido à falha na confecção dos tubos ou na instalação. O cabo deve ficar esticado na hora das leituras, assegurando-se que não esteja preso em luvas de conexão ou arrebites, falseando as leituras. Cadastramento incorreto das cotas de instalação dos tubos e da posição das ranhuras

49 Medição de deslocamentos horizontais Medidores de Movimento Angular (Eletroníveis): Os eletroníveis são sensores elétricos que indicam a rotação ou a distorção angular através da variação da resistência elétrica entre os pinos que constituem o elemento de medição. Este elemento é em geral uma ampola preenchida com um líquido eletrolítico Ao invés de se usar dentro da ampola um álcool com um bulbo de ar que é nivelado visualmente, o eletronível contém uma solução condutora de eletricidade. O nível líquido consiste de um eletrólito selado em uma cápsula de vidro sendo que os projetos mais recentes envolvem o uso de cápsulas de plástico ou de cerâmica. Três eletrodos coplanares penetram a cápsula e são parcialmente imersos neste líquido. A resistência entre o eletrodo central e os eletrodos da extremidade varia em função da inclinação à qual é submetida a cápsula. 97 Medição de deslocamentos horizontais Medidores de Movimento Angular (Eletroníveis): O conjunto de eletroníveis a ser utilizado deve ser previemente calibrado. A finalidade do procedimento de calibração é a determinação do coeficiente de calibração (Cf) para cada um dos eletroníveis empregados. Objetiva-se determinar uma curva que forneça a variação das leituras dos eletroníveis em função da variação angular. Com isso, é possível determinar um coeficiente de calibração para cada eletronível, o qual poderá ser utilizado na determinação das rotações e deflexões durante a fase de monitoramento no campo. Os eletroníveis podem sofrer rotações com relação à linha normal vertical que passa pelo eixo do eletronível de até ± 6º, ou podem assumir outra faixa de valores dependendo do fabricante. Esta variação angular é tomada em relação à linha normal ao eletronível. Para rotações superiores à especificada pelo fabricante, o eletronível pode apresentar um comportamento não linear 98 49

50 Medidor de Vazão Medidor de Vazão Medida através da altura da lâmina d água; Medem vazões de drenagem através dos maciços e de sua fundação; Realizadas com tubulações ou canaletas e com medidores normalmente triangulares através da altura da lâmina d água; 99 Medidor de Vazão Medidor de Vazão

51 Medidor de Vazão Descrição As medidas de vazão são realizadas para controle de fluxo. E barragens é um instrumento de controle complementar ao piezômetro, sendo de grande interesse coletar os fluxos efluente localizado e total. Em outras estruturas a estabilidade é garantida se a condição de fluxo for estável, efetuando-se medições em drenos, poços ou canais. Em geral, para fluxos normais é suficiente o uso de vertedores triangulares (vazões baixas) e vertedouros retangulares ou trapezoidais. A vazão é determinada com a utilização da equação de regime de escoamento uniforme em condutos livres. 101 Medidor de Vazão Vertedor Triangular

52 Medidor de Vazão Vertedor Triangular Vista do medidor de vazão MV-01 (vazão em 10/01/08, Q=896,5 l/s) UHE BARRA GRANDE 103 Vertedor Triangular Medidor de Vazão Modelo 4675LV-Geokon com sistema de flutuador conectado a sensor de corda vibrante

53 Medidor de abertura de Juntas Medidor de abertura de Juntas Este medidor é um instrumento elétrico, embutido no concreto da laje em barragens de enrocamento com face de concreto. Deve ser resistente às pressões hidrostáticas do reservatório, necessita de calibração prévia e de proteção contra sobrecargas elétricas. Durante a instalação, deve-se adotar cuidados adicionais para que o lançamento e a vibração do concreto não danifiquem o instrumento. A ilustra o instrumento instalado na laje de uma barragem. 105 Medidor de abertura de Juntas Medidores Triortogonal de Junta Perimetral Estes medidores são geralmente instalados nas juntas de contração e fissuras mais significativas, para o acompanhamento dos deslocamentos diferenciais entre blocos ou da movimentação diferencial entre os lados opostos de uma fissura Eixo X deslocamento abertura/fechamento; Eixo Y deslocamento cisalhante horizontal; Eixo Z deslocamento cisalhante vertical

54 Medidor de abertura de Juntas Medidor triortogonal de abertura Aplicação: Utilizados para obtenção de deslocamentos em juntas e aberturas de fissuras de barragens, galerias, túneis, maciços rochosos e edificações. Vantagens: Equipamento caro Monitoração de três eixos; Alta precisão em leituras micrométricas; Re-utilizável. 107 Símbolos em projetos

55 Símbolos em projetos Símbolos em projetos

56 Símbolos em projetos