UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS UEG UNIDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL CLEBER FERREIRA DA SILVA

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1 UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS UEG UNIDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL CLEBER FERREIRA DA SILVA INSTRUMENTAÇÃO DE BARRAGENS DE ENROCAMENTO COM NÚCLEO DE CONCRETO ASFÁLTICO PUBLICAÇÃO N : ENC. PF- 001/15 ANÁPOLIS / GO 2015

2 ii CLEBER FERREIRA DA SILVA INSTRUMENTAÇÃO DE BARRAGENS DE ENROCAMENTO COM NÚCLEO DE CONCRETO ASFÁLTICO PUBLICAÇÃO N : ENC. PF- 001/15 PROJETO FINAL SUBMETIDO AO CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DA UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS. ORIENTADOR: RENATO CABRAL GUIMARÃES ANÁPOLIS / GO:2015

3 iii FICHA CATALOGRÁFICA SILVA, CLEBER FERREIRA DA Instrumentação de barragens de enrocamento com núcleo de concreto asfáltico xviii, 118f., 297 mm (ENC/UEG, Bacharel, Engenharia Civil, 2015) Projeto Final - Universidade Estadual de Goiás. Unidade Universitário de Ciências Exatas e Tecnológicas. Curso de Engenharia Civil. 1. Instumentação 2. Barragem 3. Enrocamento 4. Núcleo de Concreto asfáltico I. ENC/UEG II. Título (Série) REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA SILVA, C. F. da. Instrumentação de barragens de enrocamento com núcleo de concreto asfáltico. Projeto Final, Publicação ENC. PF-001/15, Curso de Engenharia Civil, Universidade Estadual de Goiás, Anápolis, GO, 118p CESSÃO DE DIREITOS NOME DO AUTOR: Cleber Ferreira da Silva TÍTULO DA DISSERTAÇÃO DE PROJETO FINAL: Instrumentação de barragens de enrocamento com núcleo de concreto asfáltico. GRAU: Bacharel em Engenharia Civil ANO: 2015 É concedida à Universidade Estadual de Goiás a permissão para reproduzir cópias deste projeto final e para emprestar ou vender tais cópias somente para propósitos acadêmicos e científicos. O autor reserva outros direitos de publicação e nenhuma parte deste projeto final pode ser reproduzida sem a autorização por escrito do autor. Cleber Ferreira da Silva Rua 02 Qd. 06 Lt. 01 Bairro Frei Eustáquio Anápolis/GO - Brasil

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5 v DEDICATÓRIA A Jesus Cristo, o autor e consumador da minha fé, o qual, por causa do júbilo que lhe fora proposto, suportou a cruz, desprezando a vergonha, e assentou-se à direita do trono de Deus. Tais provas revelam o amor do Pai. À minha querida mamãe Francisca (in memorian), pelo dom da vida que a mim proporcionou e pelos ensinamentos que me repassou com grande sabedoria e humildade, os quais me trouxeram até aqui. À minha amada esposa Tatiana que me acompanhou com amor, zelo e incentivo durante essa empreitada, e principalmente por dar-me o bem mais precioso, o meu filho Miguel.

6 vi AGRADECIMENTOS Ao meu orientador Renato Cabral Guimarães pelo convite deste trabalho, por todo o conhecimento compartilhado, pelo exemplo profissional ao qual muito admiro e a toda dedicação despendida durante a elaboração deste trabalho e durante a realização do curso ministrando aulas ricas em informações e detalhes, sobre a mecânica dos solos e obras de contensões. A todos os profissionais da Universidade Estadual de Goiás, principalmente aos docentes que se doam para elevar o nome do curso de engenharia civil e formar profissionais qualificados e capazes para desbravar a prática da profissão. Aos familiares que mesmo de longe me insentivaram e torceram pelo meu êxito nessa jornada. Em especial ao meu primo Vitor, por me acompanhar de perto repassando ensinamentos e experiências na área da engenharia civil, e por me oferecer estágio profissional proporcionando capacitação e experiência em projetos. Aos amigos da turma do curso de engenharia civil: Amanda Carneiro, Amanda Mendonça, Déborah, Douglas, Gustavo Augusto, Geovanna, Gustavo Lessa, Gustavo Loss, Hemelym, Igor, Jéssika, João Paulo, Luis Felipe, Thamara, Vinícius, Waltagan. Pelo companherismo durante os cinco anos de graduação e pela amizade. Aos amigos do trabalho pelo apoio e compreensão sobre as dificuldades de se fazer um curso integral trabalhando. Em especial agradeço minha amiga Camille que com grande presteza sempre esteve pronta a me ajudar, quer seja para assuntos envolvendo o trabalho ou assuntos envolvendo os estudos.

7 vii RESUMO Este trabalho apresenta um estudo sobre instrumentações de barragens de enrocamento com núcleo de concreto asfáltico, e faz-se uma análise dos instrumentos aplicados na barragem principal da UHE Foz do Chapecó através de seu estudo de caso. Para entender como são instrumentadas as barragens de enrocamento com núcleo de concreto asfático foi realizada uma revisão bibliográfica sobre os tipos de instrumentos aplicados em barragens de enrocamento, o que se quer verificar com a instrumentação e como quantificar e distribuir os instrumentos. Alguns planos de instrumentações de barragens de enrocamento com núcleo argiloso, núcleo asfáltico e face de concreto foram comparados entre si e posteriormente comparou-se a instrumentação das barragens de enrocamento com núcleo de concreto asfáltico com a instrumentação da barragem principal da UHE Foz do Chapecó. Observou-se que não há parâmetros que indicam um modelo ideal de instrumentação de barragens de enrocamento com núcleo de concreto asfáltico, em face às diversas variáveis de cada empreendimento. Das comparações e da revisão bibliográfica viu-se que a barragem principal da UHE Foz do Chapecó foi instrumentada de modo a garantir o conhecimento de seu comportamento global, bem como, monitorar os possíveis pontos de fraqueza. No entanto, possivelmente pelo cronograma, não houve um monitoramento mais minuncioso do núcleo asfáltico, o qual não teve instrumentos ligados a si, o que não vem prejudicar seu programa de instrumentação tendo em vista que foram instalados instrumentos que crumpriram funções equivalentes e que proporcionaram mais agilidade no processo construtivo da barragem. Palavras-chave: Instrumentação; Barragem; Enrocamento; Núcleo de concreto asfáltico.

8 viii ABSTRACT This paper presents a study of instrumentation rockfill dam with asphalt concrete core, and makes an analysis of the instruments applied in the main dam HPP Foz do Chapecó through its case study. To understand how the rockfill dams are instrumented with asphalt concrete core it was carried out a literature review on the types of instruments used in rockfill dams, which wants to check with the instrumentation and how to quantify and distribute instruments. Some plans instrumentation rockfill dam with clay core, asphaltic core and concrete face were compared and then compared the instrumentation of rockfill dam with asphalt concrete core with the instrumentation of the main dam HPP Foz do Chapecó. It was observed that there is no information to suggest an ideal model of instrumentation rockfill dam with asphalt concrete core in the face of the many variables of each project. Comparisons and literature review it was seen that the main dam HPP Foz do Chapecó was instrumented in order to ensure its overall behavior and monitor its points of weakness. However, possibly due to schedule no more thorough monitoring in asphaltic core, which had no instruments linked to each other, which does not damage its instrumentation program given that it was installed instruments who performed similar functions and that could provide more agility in the construction process of the dam. Keywords: Instrumentation; Dam; Rockfill; Asphalt concrete core.

9 ix LISTA DE QUADROS Quadro Correspondência entre fase de projeto, objetivos e tipo de instrumentação de barragens Quadro Fatores que afetam as medições com células de pressão Quadro Vantagens e desvantagens do extensômetro múltiplo de haste Quadro Vantagens e desvantagens dos medidores de recalque tipo KM Quadro Vantagens e desvantagens do medidor de recalque magnético Quadro Vantagens e desvantagens dos medidores de recalques tipo célula hidráulica Quadro Descrição da Instrumentação Instalada em Itaúba Quadro Descrição da instrumentação instalada em Itaúba Continuação Quadro Descrição da instrumentação instalada em Itaúba Continuação Quadro Descrição da instrumentação instalada em Itaúba Continuação Quadro Descrição da instrumentação instalada em Itaúba Continuação Quadro Resumo do plano de instrumentação da barragem BENA da UHE de São Simão Quadro Resumo do plano de instrumentação da barragem BENA da UHE de Itaúba Quadro Resumo do plano de instrumentação da barragem BEFC da UHE de Itá Quadro Resumo do plano de instrumentação da barragem BEFC da UHE de Machadinho Quadro Resumo do plano de instrumentação da barragem BENCA da UHE do Rio Torno Portugal Quadro Legenda e quantitativo dos instrumentos instalados na barragem principal da UHE Foz do Chapecó Quadro Comparação da Instrumentação das barragens BENCA (Instrumentos/Variáveis)... 94

10 x LISTA DE FIGURAS Figura 2.1 Esquema dos deslocamentos horizontais ao longo da seção longitudinal de uma barragem... 9 Figura 2.2 Auscultação de Barragens de Terra e Enrocamento Figura 2.3 Tipos mais comuns de células de tensões utilizadas em solos Figura 2.4 Representação da instalação de células de pressão segundo uma roseta de 45 e das elipses de tensões Figura 2.5 Roseta de células de tensão total para solo e rocha branda Figura 2.6 Modelos de células de tensão total e funcionamento da Fig.2.10a Figura 2.7 Esquema de uma seção instrumentada de barragem de enrocamento com núcleo argiloso (BENA) Figura 2.8 Componentes e Detalhe de instalação de um extensômetro múltiplo de haste Figura 2.9 Extensômetro horizontal tipo magnético Figura 2.10 Extensômetro de corda vibrante para solos Figura 2.11 Extensômetros instalados na região de tração do aterro da barragem Vatnedalsvatn Figura 2.12 Tubos de plástico com ranhuras e encaixe por pressão e colagem Figura 2.13 Componentes de inclinômetros Geokon modelos 6000 e Figura 2.14 Inclinômetros instalados na vertical, inclinado e na horizontal Figura 2.15 Projeto de marco superficial Figura 2.16 Marco superficial instalado Figura 2.17 Equipamentos para levantamento topográfico Figura 2.18 Instalação de marcos superficiais Figura 2.19 Medidor de recalque de tubos telescópicos Figura 2.20 Medidor de recalque tipo United States Bureau of Reclamation (USBR) Figura 2.21 Medidor de recalque tipo KM Figura 2.22 Sonda para medidor de recalque magnético Geokon e execução da leitura Figura 2.23 Perfil de instalação de um medidor de recalque magnético Figura 2.24 Seção de barragem (BENA) instrumentada por células hidráulicas de recalque.. 39 Figura 2.25 Seção de barragem (BEFC) instrumentada por células hidráulicas de recalque Figura 2.26 Esquema geral de caixa sueca Figura 2.27 Medidores de recalque de corda vibrante Geokon Figura 2.28 Esquema de instalação do medidor de recalque modelo 4651 Geokon... 42

11 xi Figura 2.29 Seção transversal da barragem Storvatn Figura 2.30 Instrumentos especiais para monitorar o comportamento do núcleo Figura 2.31 Principal seção transversal da barragem Dhunn Figura 2.32 Seção principal da barragem Dhunn com instrumentos Figura 2.33 Diagrama esquemático da instrumentação pelo poço de medição Figura 2.34 Células de pressão instaladas nas proximidades da base do núcleo Figura 2.35 Fixação de haste e placa no núcleo asfáltico Figura 2.36 Escavação da transição para instalar placa Figura 2.37 Placa instalada no núcleo asfáltico Figura 2.38 Instalação do poço de medição de deslocamento do núcleo asfáltico Figura 3.1 Esquema de uma seção instrumentada de BENA Figura 3.2 Localização da UHE São Simão Figura 3.3 UHE São Simão Figura 3.4 Seção típica da barragem de terra e enrocamento da UHE São Simão Figura 3.5 Planta de instrumentação instalada na barragem de terra e na barragem de terra e enrocamento da margem direita da UHE São Simão Figura 3.6 Seção instrumentada 6 da barragem de terra e enrocamento da UHE São Simão.. 56 Figura 3.7 Seção instrumentada 7 da barragem de terra e enrocamento da UHE São Simão.. 56 Figura 3.8 Seção instrumentada 8 da barragem de terra e enrocamento da UHE São Simão.. 56 Figura 3.9 Seção instrumentada 8A da barragem de terra e enrocamento da UHE São Simão57 Figura 3.10 Seção transversal da barragem de Itaúba Figura 3.11 Esquema de seção instrumentada de BEFC Figura 3.12 Seção típica do zoneamento adotado na barragens de Itá e Machadinho Figura 3.13 Medidores de Recalques Magnéticos de uma seção da barragem de Itá Figura 3.14 Instrumentação de uma seção da barragem de Itá Figura 3.15 Instrumentação de uma seção da barragem de Machadinho Figura 3.16 Seção típica da barragem Rio Torno Figura 3.17 Localização em planta das seções transversais de observação da barragem Rio Torno Figura 3.18 Localização dos instrumentos na seção transversal P5 da barragem Rio Torno Figura 4.1 Localização da UHE Foz do Chapecó Figura 4.2 Vista aérea da UHE Foz do Chapecó Figura 4.3 Seção longitudinal da fundação da barragem principal Figura 4.4 Seção transversal da barragem principal... 87

12 xii Figura 4.5 Planta da barragem principal instrumentada Figura 4.6 Seção transversal típica de instrumentação da barragem principal Figura 4.7 Detalhes dos marcos superficiais na seção típica da barragem principal Figura 4.8 Detalhes das células de pressão total na seção típica da barragem principal Figura 4.9 Células de pressão total na interface concreto (vertedouro) e enrocamento Figura 4.10 Abrigo para leitura dos medidores de recalques da barragem principal Figura 4.11 Instalação dos medidores de recalques magnéticos na barragem principal Figura 4.12 Instalação dos medidores de recalques magnéticos da barragem principal Figura A.1 Arranjo geral das estruturas da UHE São Simão Figura A.2 Planta de instrumentação instalada na barragem de terra e na barragem de terra e enrocamento da margem direita da UHE São Simão Figura A.3 Seção instrumentada 6 da barragem de terra e enrocamento da UHE São Simão107 Figura A.4 Seção instrumentada 7 da barragem de terra e enrocamento da UHE São Simão108 Figura A.5 Seção instrumentada 8 da barragem de terra e enrocamento da UHE São Simão109 Figura A.6 Seção instrumentada 8A da barragem de terra e enrocamento da UHE São Simão Figura B.1 Seção típica da barragem do Rio Torno Figura B.2 Localização em planta das seções transversais de observação da barragem do Rio Torno Figura B.3 Localização dos instrumentos na seção transversal P5 da UHE do Rio Torno Figura C.1 Seção longitudinal da fundação da barragem principal da UHE Foz do Chapecó Figura C.2 Seção longitudinal da fundação da barragem principal da UHE Foz do Chapecó Figura C.3 Seção transversal típica de instrumentação da barragem principal da UHE Foz do Chapecó

13 xiii LISTA DE TABELAS Tabela Barragens de Aterro, Grandezas a Serem Monitoradas... 7 Tabela Características das principais células de pressão total para solo Tabela Deformações no núcleo ao final da construção Tabela Comparação da instrumentação das barragens BENCA (Dimensões/Quantitativo)... 94

14 xiv LISTA DE SÍMBOLOS, ABREVIATURAS E SIGLAS a.c...antes de Cristo ASTM...Americam Society for Testing and Materials BENA...Barragem de Enrocamento com Núcleo de Argila BENC...Barragem de Enrocamento com Núcleo Central BENCA...Barragem de Enrocamento com Núcleo de Concreto Asfáltico BEFC...Barragem de Enrocamento com Face de Concreto BEVC...Barragem de Enrocamento com Elemento de Vedação Central BEVM...Barragem de Enrocamento com Elemento de Vedação a Montante CBDB...Comitê Brasileiro de Barragens CCR... Concreto Compactado com Rolo CEMIG...Companhia Energética de Minas Gerais cm...centímetro (s) CESP...Companhia Energética de São Paulo E.U.A...Estados Unidos da América H...altura da lâmina de água ICOLD...International Commission on Large Dams IPT...Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo KM...Komesu e Matuoka Km...Quilômetro l...litro (s) m...metro (s) m²...metro quadrado (s) mg...miligrama (s) mm...milímetro (s)

15 xv mm/m...milímetro por metro NA...nível de água ppm...partes por milhão PVC...Policloreto de Vinila q...vazão UHE...Usina Hidrelétrica USBR...United States Bureau of Reclamation...pressão neutra σ'...pressão efetiva σ...pressão Total σ h...tensão horizontal σ v...tensão vertical σ 1...tensão principal menor σ 2...tensão principal maior

16 xvi SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO CONSIDERAÇÕES INICIAIS OBJETIVOS Objetivo Geral Objetivos Específicos METODOLOGIA ESCOPO DO TRABALHO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA GRANDEZAS MONITORADAS PELA INSTRUMENTAÇÃO E PRINCÍPIOS PARA SELEÇÃO, LOCALIZAÇÃO E QUANTIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS Principais Grandezas Monitoradas Pressões Neutras e Subpressões Pressões Totais e Efetivas Deslocamentos Superficiais Recalques Seleção dos Instrumentos Quantificação e Localização dos Instrumentos INSTRUMENTOS UTILIZADOS EM BARRAGENS DE ENROCAMENTO Células de Pressão Total Tipos de Células de Pressão Total Instalação das Células de Pressão Total... 20

17 xvii Extensômetros Extensômetro Múltiplo de Haste Extensômetro Múltiplo de Fio Extensômetro Múltiplo Magnético Extensômetros para Solo Inclinômetros Marcos de Deslocamentos Superficiais Medidores de Recalque Medidor de Recalque de Tubos Telescópicos Medidor de Recalque USBR Medidor de Recalque KM Medidor de Recalque Magnético Medidor de Recalque de Célula Hidráulica Medidor de Recalque de Corda Vibrante INSTRUMENTOS UTILIZADOS NOS NÚCLEOS DE BARRAGENS DE ENROCAMENTO COM NÚCLEO DE CONCRETO ASFÁLTICO (BENCA) Barragem Storvatn Barragem Dhunn COMPARAÇÃO ENTRE INSTRUMENTOS APLICADOS EM BEFC E BENA COM OS INSTRUMENTOS APLICADOS EM BENCA INSTRUMENTAÇÃO DE BARRAGENS DE ENROCAMENTO COM NÚCLEO ARGILOSO (BENA) Barragem da UHE São Simão... 52

18 xviii Barragem da UHE de Itaúba INSTRUMENTAÇÃO DE BARRAGENS DE ENROCAMENTO COM FACE DE CONCRETO (BEFC) Barragem de Itá Barragem Machadinho INSTRUMENTAÇÃO DE BARRAGENS DE ENROCAMENTO COM NÚCLEO DE CONCRETO ASFÁLTICO (BENCA) Barragem do Rio Torno em Portugal COMPARAÇÃO ENTRE AS INSTRUMENTAÇÕES DAS BARRAGENS BENA, BEFC COM A BENCA ESTUDO DE CASO DA UHE FOZ DO CHAPECÓ PARA COMPARAR SUA INSTRUMENTAÇÃO COM OS INSTRUMENTOS DE BARRAGENS BENCA A BARRAGEM DE FOZ DO CHAPECÓ Instrumentação Geotécnica da Barragem Principal da UHE Foz do Chapecó COMPARAÇÕES CONCLUSÕES REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXO A PROJETO DE INSTRUMENTAÇÃO DA UHE SÃO SIMÃO ANEXO B PROJETO DE INSTRUMENTAÇÃO DA UHE RIO TORNO ANEXO C PROJETO DE INSTRUMENTAÇÃO DA UHE FOZ DO CHAPECÓ

19 1 1 INTRODUÇÃO 1.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS Desde as civilizações antigas, mesmo em períodos de seca, as barragens têm permitido o uso contínuo de água, pois possibilitam a coleta, a armazenagem e o controle da água para diversos fins. As barragens datadas mais antigas são de 2000 a 2500 a.c. aproximadamente. Há atualmente barragens com mais de 2500 anos de idade, como a barragem Marib, no Iêmen, construída, aproximadamente, em 750 a.c. e ampliada em 1986 de 4 metros para 38 metros de altura (CIGB, 2008). Com a crescente demanda de água pelas modernas civilizações houve a necessidade de criar barragens de grande porte e, com isso, novas técnicas e novos materiais passaram a ser utilizados. Um novo modelo de barragem surgiu em 1850: a barragem de enrocamento, em Sierra Nevada, Califórnia, construída por mineradores que fizeram uso de materiais rochosos, abundantes na região de sua construção (DIVINO, 2010). Ao final do século XIX havia apenas algumas barragens de enrocamento com altura superior a 30 metros. Já no século XX até a década 1950 foram construídas barragens com até 135 metros de altura, indicando um significativo avanço tecnológico, porém algumas barragens apresentaram problemas de vazões excessivas e grandes deformações. Mais avanços foram apresentados por Terzaghi, que estudou as deformações excessivas dos enrocamentos e propôs o uso de água durante sua compactação e por ensaios de laboratórios que ajudaram no conhecimento da mecânica dos enrocamentos (TERZAGHI, 1960). Até os dias atuais a história das barragens de enrocamento passa por três períodos (COOKE, 1984): De 1850 a 1940 os enrocamentos eram lançados não havendo compactação e as seções típicas das barragens possuíam três partes fundamentais, o corpo de enrocamento lançado, colchão de cascalho e face impermeável a montante apoiada no colchão. De 1940 a 1965 houve o período transitório onde foram empregadas técnicas de projeto e construção, sendo que a eficiência da compactação dos enrocamentos foi comprovada nesse período. De 1965 até os dias atuais as barragens de enrocamento ganharam incrementos em projetos e execuções. Isso possibilitou a construção de barragens mais elevadas com maior confiabilidade em relação ao bom desempenho da estrutura.

20 2 Toda barragem de acúmulo de água deve atender a critérios de segurança apresentando estabilidade e estanqueidade. A preocupação com a segurança impulsionou as primeiras aplicações de instrumentos em uma barragem na França, por volta de 1850, devido à necessidade de avaliar os deslocamentos de sua crista, a qual apresentara diversos problemas. Na ocasião, realizaram-se medições topográficas, que a partir de então se tornaram usuais em barragens da região (SILVEIRA, 2006). A instrumentação em barragens ganhou amplitude no fim do século XIX e início do século XX, quando países como Índia, Inglaterra e Estados Unidos desenvolveram o instrumento piezômetro para diversos fins (SILVEIRA, 2006). No Brasil, a instrumentação de barragens passou a existir efetivamente a partir de 1950, quando foram instrumentadas as barragens Santa Branca, da Companhia Energética do Rio de Janeiro (Light), Euclides da Cunha, Limoeiro e Graminha, da Companhia Energética de São Paulo (CESP) e a barragem de Três Marias, da Companhia Energética de Minas Gerais (CEMIG). Tais barragens foram avaliadas ainda com plano de instrumentação com ênfase nas poropressões do período construtivo, pois foram instalados medidores de recalque de placa (única), medidores de vazão e piezômetros (CBDB, 1996). A década de 1970 foi um período com expressividade na instrumentação brasileira. Mesmo com as dificuldades de importação dos instrumentos, um plano de instrumentação mais elaborado foi aplicado na barragem de Ilha Solteira, que utilizou aparelhos de diversos fabricantes para comparação dos resultados e ainda analisou outros aspectos importantes do comportamento das barragens de terra como: os recalques diferenciais, deslocamentos horizontais concentrados em camadas de baixa resistência, zonas tracionadas no interior do maciço compactado, interação entre o núcleo e as abas de enrocamento, interface soloconcreto, possibilidade de piping pela fundação e outros (CBDB, 1996). Outro marco importante desse período foi o início do desenvolvimento e fabricação de instrumentos nacionais. Neste contexto, sobressaíram o Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo (IPT) e o Laboratório Central da Companhia Energética de São Paulo (CESP), pela qualidade, diversidade e confiabilidade dos instrumentos confeccionados (SILVERIA, 2006). A instrumentação geotécnica é uma ferramenta empregada na observação, detecção e definição de eventuais deteriorações em obras de engenharia. Em barragens, a instrumentação faz parte de um conjunto de atividades, a auscultação, que tem por objetivo manter a segurança global do empreendimento. Segundo Dunnicliff (1993) apud Silveira (2006), as seguintes etapas são fundamentais para uma boa escolha da instrumentação: definição das condições do empreendimento,

21 3 definições das questões geotécnicas e dos objetivos da instrumentação, seleção dos parâmetros a serem monitorados, previsão do campo de variação das medidas, planejamento de ações corretivas e atribuições de tarefas nas fases de projeto, construção e operação. O estudo de todas as etapas citadas é complementado com o conhecimento dos principais instrumentos já utilizados no tipo de empreendimento a ser executado, o princípio de funcionamento de cada um, os dados obtidos por eles e a definição do instrumento mais bem aproveitado em comparação com outros para o mesmo fim. Sendo assim, durante a elaboração deste trabalho, foi realizada uma revisão bibliográfica para entender melhor sobre as instrumentações de barragens de enrocamento com núcleo de concreto asfáltico, destacando os principais tipos de instrumentos utilizados, o que deve ser instrumentado, o que se quer medir com a instrumentação, quais as vantagens e desvantagens dos diferentes instrumentos com a mesma finalidade. Também foi feito um estudo de caso da instrumentação da barragem principal da UHE Foz do Chapecó. 1.2 OBJETIVOS Devido à recente inserção da tecnologia de núcleo asfáltico em barragens de grande porte no Brasil, são necessários estudos que comparem como foram adotadas as instrumentações para o monitoramento dessas barragens, e se tais instrumentações estão de acordo com a prática aplicada em outros países e com as literaturas existentes. Dentro deste contexto, se apresentam os objetivos deste trabalho Objetivo Geral O objetivo geral deste trabalho é realizar uma revisão bibliográfica sobre instrumentação de barragens de enrocamento, e fazer uma comparação, através de um estudo de caso, da instrumentação aplicada na barragem principal da UHE Foz do Chapecó com a instrumentação indicada nas bibliografias estudadas e com as instrumentações aplicadas em outras barragens Objetivos Específicos Os objetivos específicos para atendimento do objetivo geral são: Revisão bibliográfica sobre instrumentos utilizados em barragens de enrocamento;

22 4 Revisão bibliográfica sobre instrumentos utilizados no núcleo de concreto asfáltico de barragens de enrocamento; Comparação da instrumentação aplicada em barragem de enrocamento com face de concreto (BEFC) e em barragem de enrocamento com núcleo de argila (BENA) com a instrumentação aplicada em barragem de enrocamento com núcleo de concreto asfáltico (BENCA); Estudo de caso comparativo entre os instrumentos utilizados em algumas Barragens de enrocamento com núcleo de concreto asfáltico com os instrumentos aplicados na barragem principal da UHE Foz do Chapecó. 1.3 METODOLOGIA Para avaliar o plano de instrumentação da barragem principal da UHE Foz do Chapecó, preliminarmente foi realizada uma revisão bibliográfica sobre as barragens de enrocamento e os instrumentos a elas aplicáveis. Ênfase especial foi dada aos instrumentos para monitoramento do núcleo asfáltico, através de alguns planos de instrumentações. Posteriormente fez-se comparações entre planos instrumentações de barragens de enrocamento com face de concreto e barragens de enrocamento com núcleo de argila com planos de instrumentações de barragens de enrocamento com núcleo de concreto asfáltico. E por fim, através do estudo de caso da UHE Foz do Chapecó (localizada no Brasil), realizou-se uma comparação entre os instrumentos aplicados em sua barragem principal com os instrumentos aplicados nas barragens Storvant (Noruega), Dhunn (Alemanha) e Rio Torno (Portugal). Todos os resultados deste estudo foram concluídos neste trabalho, que pretende contribuir com informações sobre a instrumentação da barragem principal da UHE Foz do Chapecó, em face às instrumentações aplicadas em algumas barragens de mesmo tipo estrutural. 1.4 ESCOPO DO TRABALHO Este trabalho, para melhor compreensão, está dividido em cinco capítulos, cujos assuntos estão brevemente descrito a seguir:

23 5 O capítulo 1 é o de introdução, apresentação dos objetivos, metodologia e escopo deste trabalho; O capítulo 2 apresenta uma revisão bibliográfica sobre os instrumentos utilizados em barragens de enrocamento. Foram abordados aspectos sobre as grandezas a serem monitoradas pelos instrumentos, as maneiras de escolhê-los, quantificá-los e em quais locais devem ser instalados. Enfatizam-se ainda os instrumentos utilizados em núcleos de concreto asfáltico de algumas barragens de enrocamento; No capítulo 3 são apresentadas algumas comparações entre as barragens de enrocamento com núcleo de argila (São Simão e Itaúba) e as barragens de enrocamento com face de concreto (Itá e Machadinho) com a barragem de enrocamento com núcleo de concreto asfáltico (Rio Torno). Tais comparações levam em consideração os instrumentos instalados em cada caso, os locais de instalações, as quantidades de instrumentos instalados e os objetivos de suas instalações. No capítulo 4 faz-se um estudo de caso da instrumentação da barragem principal da UHE Foz do Chapecó, através de uma análise de seus projetos de instrumentação, e o compara com as instrumentações das barragens Storvant, Duhnn e Rio Torno. São realizadas comparações em relação às dimensões das barragens e o quantitativo de instrumentos, os tipos de instrumentos instalados e os objetivos de suas instalações. O capítulo 5 é conclusivo, no qual são apresentadas as principais conclusões obtidas ao longo do trabalho e fazem-se ainda algumas sugestões para estudos e pesquisas futuras.

24 6 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Em geral, as grandezas a serem monitoradas no plano de instrumentação de obras civis e fundações são: subpressões na fundação, deslocamentos na fundação, deslocamentos da barragem, tensões internas e vazões de infiltração, mas essas grandezas estão condicionadas ao tipo de estrutura, condicionantes geológico-geotécnicos, etapas construtivas e outros (ELETROBRÁS, 2003). Neste capítulo será exposta uma revisão bibliográfica acerca dos instrumentos utilizados em barragem de enrocamento. Nesta fase, se pesquisou sobre as grandezas a serem monitoradas, os critérios de seleção dos instrumentos, o quantitativo e os locais de instalação, os diversos instrumentos e os princípios de funcionamento de cada um e as vantagens e desvantagens de cada instrumento. Ênfase especial foi dada aos instrumentos utilizados no núcleo asfáltico. Os dados obtidos na revisão serão tomados como referência para o estudo de caso da instrumentação do núcleo da barragem principal da UHE Foz do Chapecó. 2.1 GRANDEZAS MONITORADAS PELA INSTRUMENTAÇÃO E PRINCÍPIOS PARA SELEÇÃO, LOCALIZAÇÃO E QUANTIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS A instrumentação de uma barragem está essencialmente ligada ao tipo de estrutura. Nas barragens de enrocamento há de se monitorar o aterro composto por enrocamento, transições e núcleo, a fundação e os possíveis problemas por sismos. Deverão ser monitoradas as medidas de variações de níveis de água a montante e a jusante das estruturas, a precipitação pluviométrica e a temperatura ambiente que serão utilizadas como auxílio na interpretação dos resultados da instrumentação (ELETROBRÁS, 2003). Para o correto monitoramento dos diversos dados necessários em uma barragem é importante fazer uma boa escolha dos instrumentos a serem utilizados, bem como, os locais de instalação dos mesmos. É necessário conhecer o campo de medidas em que os instrumentos serão submetidos e qual grandeza estão representando, para que se faça uma boa correlação desses parâmetros. Acertar na localização, na quantidade e no tipo de instrumento capaz de medir a grandeza desejada é fundamental para um bom plano de instrumentação. Apresenta-se a seguir as grandezas mais importantes para o monitoramento de barragens de enrocamento.

25 Principais Grandezas Monitoradas As principais grandezas a serem monitoradas em barragens de enrocamento e aterro estão resumidas na Tabela 2.1. Tabela 2.1 Barragens de Aterro, Grandezas a Serem Monitoradas (ELETROBRÁS, 2003) TIPO DE ESTRUTURA Enrocam GRANDEZA Terraento com Face Enrocamento de Concreto Terra com Galeria Enterrada Pressões neutras no aterro (poropressões) x x x Recalques do aterro x x x Deslocamentos superficiais (plani-altimétricos) x x x Subpressões na fundação x x Vazões de Percolação x x x Materiais sólidos carreados pelas águas de x x percolação Pressões totais e poropressões nas interfaces x x Deslocamentos diferenciais da junta perimetral x Deslocamentos entre lajes na região das ombreiras x Tensões internas no concreto x Deflexão da laje de montante x Tensões na interface solo-concreto da galeria x Recalques ao longo da galeria x Serão enfatizadas as grandezas a serem monitoradas em barragens de terraenrocamento Pressões Neutras e Subpressões As pressões neutras no aterro são pressões que ocorrem nos poros dos solos, por isso também chamadas de poropressões. O conhecimento da evolução das pressões intersticiais nos maciços compactados, nos solos de fundação, nas zonas de contatos com estruturas de concreto e ao longo do sistema de drenagem interna propicia uma boa condição de avaliação da segurança das barragens de terra e enrocamento (FONSECA, 2003). Em todas as fases do empreendimento é de suma importância conhecer tais pressões, visto que uma barragem passa pela fase de construção, fase de enchimento, fase de operação e até pelo rebaixamento do nível do reservatório. Essas pressões podem ser positivas ou negativas, sendo que normalmente abaixo do nível d água são positivas. Como exemplo do comportamento das pressões nos poros cita-se a execução de um aterro sobre uma camada de argila, ou a construção de uma barragem, ambas podem provocar aumentos significativos de poropressões na fundação, além do material do próprio aterro sofrer incrementos das

26 8 poropressões decorrentes do adensamento do solo pelo peso das camadas sobrejacentes. Com isso os esforços cisalhantes causam deformação no solo e o aumento das poropressões causa redução da resistência, o que propicia a tendência de ruptura. Já as poropressões negativas, pressões inferiores à pressão atmosférica, podem ocorrer devido à remoção de esforços atuantes sob forma de compressão em uma camada de solo. Há ainda as subpressões que são as pressões intersticiais observadas na fundação geralmente atuando de baixo para cima. Elas são consideradas como fator relevante para análise das condições de estabilidade de uma barragem (SILVEIRA, 2006) Pressões Totais e Efetivas A pressão total é o somatório da pressão resultante devido à atuação das partículas sólidas com a pressão intersticial da água. A expressão que define as pressões totais está apresentada na Equação 1. (Eq. 2.1) é a pressão total; é a pressão efetiva; e, é a pressão neutra. O conhecimento das pressões totais em regiões como o interior do núcleo, nas transições entre os diferentes materiais, nas interfaces do aterro com os muros de concreto, as fundação, as galerias enterradas e os cut-offs são imprescindíveis, pois nessas regiões pode ocorrer um decréscimo das tensões de modo a favorecer o surgimento de erosões (SILVEIRA, 2006). Para realizar a correta avaliação do comportamento das diversas regiões de uma barragem de terra e enrocamento é necessário conhecer as pressões totais e a poropressão. Com essas duas informações há possibilidade de chegar a conclusões sobre as reais condições de segurança da barragem, pois calculam-se as pressões efetivas e avalia-se a provável ocorrência de um processo de erosão interna (SILVEIRA, 2006).

27 Deslocamentos Superficiais Os deslocamentos superficiais são devidos às deformações ocorridas nos materiais do corpo da barragem e da fundação, onde os solos que compõem o maciço compactado, os enrocamentos e os materiais da fundação deformam devido à aplicação de tensões. Em barragens de terra e enrocamento é imprescindível realizar estudos para o conhecimento das possíveis deformações, uma vez que estas são apresentadas nas literaturas como um dos problemas mais recorrentes em tais estruturas. O objetivo de se estudar os deslocamentos verticais e horizontais na fase de projeto é avaliar os movimentos diferenciais, devido aos diferentes materiais que compõem a barragem, com o intuito de evitar trincas e tensões que afetem a estrutura. Não basta estimar os valores desses deslocamentos nas fases de projeto, é importante o seu monitoramento nas regiões mais críticas da barragem, durante os períodos de execução, enchimento e operação. Silveira (2006) apresenta o comportamento dos deslocamentos horizontais ao longo de uma barragem de terra ou enrocamento através da Figura 2.1. Esses deslocamentos são praticamente nulos na seção transversal central da barragem e à medida que se desloca para as ombreiras ocorre um aumento significativo. Tal comportamento gera um diagrama de tensões em que na parte central da barragem há tensões de compressão e ao se aproximar das ombreiras ocorre uma mudança de tensões de compressão para tensões de tração. Figura 2.1 Esquema dos deslocamentos horizontais ao longo da seção longitudinal de uma barragem (SILVEIRA, 2006) As tensões de tração nas proximidades das ombreiras devem ser bem monitoradas, pois estas podem gerar fissuras favorecendo a ocorrência de erosão interna do aterro.

28 Recalques Os recalques mais significantes em barragens de terra e enrocamento se desenvolvem no decorrer da construção, onde surgem os recalques da fundação, do maciço e os recalques diferenciais entre as seções transversais da barragem. Esses recalques devem ser bem definidos na fase de projeto de acordo com as características do aterro e dos processos construtivos para que sejam atenuados de modo a não gerar problemas que comprometam a operacionalidade e a segurança da barragem. As análises de recalques conjuntas com as tensões-deformações são desenvolvidas com a finalidade de (ELETROBRÁS, 2003, p. 198): Verificar a compatibilidade de deformações entre os diversos materiais constituintes da barragem, de suas fundações e estruturas adjacentes; Avaliar o potencial de ocorrência de ruptura progressiva do maciço e da fundação; Otimizar a posição do núcleo, no caso de barragem de seção zonada; Analisar os riscos de fissuramento do núcleo ocasionado por zonas de tração ou por fraturamento hidráulico; Subsidiar o projeto de instrumentação, identificando os pontos críticos a serem instrumentados; Otimizar o projeto de escavações, de modo a manter os recalques diferenciais dentro dos níveis admissíveis; Determinar a sobrelevação da crista para compensação de recalques pósconstrutivos. (ELETROBRÁS, 2003, p. 198) Ressalta Silveira (2006) que os reflexos dos recalques da fundação e do aterro compactado serão uma sobrelevação da crista da barragem, enquanto que os recalques diferenciais implicam em trincas pelo corpo da barragem. Outro fator importante citado pelo autor é o arqueamento do núcleo em relação aos materiais de transição que geram trincas e as fissuras em ombreiras irregulares devido à região mais angulosa ou irregular da fundação. Assim, os recalques em barragens de terra e enrocamento, devem ser monitorados através de um plano de instrumentação desde o período construtivo passando pelo enchimento do reservatório e também durante o período operacional da barragem para supervisionar suas condições de segurança Seleção dos Instrumentos A correta escolha da instrumentação é realizada após a conclusão das etapas de definição das condições do empreendimento, definições das questões geotécnicas e dos objetivos da instrumentação, seleção dos parâmetros a serem monitorados, previsão do campo

29 11 de variação das medidas, planejamento de ações corretivas e atribuições de tarefas nas fases de projeto, construção e operação (DUNNICLIFF, 1993 apud SILVEIRA, 2006). Para o processo de seleção dos tipos de instrumentos a serem instalados em uma barragem é necessária a determinação antecipada da compatibilidade entre as grandezas a serem medidas e a precisão dos equipamentos. As magnitudes das leituras dos instrumentos também são fundamentais, pois a grandeza a ser medida não deve ultrapassar o campo de leitura do equipamento sob risco de danificá-lo. De acordo com Eletrobrás (2003), devem ser selecionados instrumentos com um campo de leitura superior em 50% a 100% da grandeza a ser medida, para não haver risco de perda do instrumento. Como as barragens são projetadas para operarem durante um longo período, 50 anos ou mais, é necessário selecionar instrumentos que também atendam a longos períodos de vida útil, ou seja, devem ser robustos para suportar os ambientes agressivos e as tensõesdeformações exercidas sobre eles. Outro aspecto importante é a confiabilidade do desempenho real do instrumento, que é garantida com testes prévios em laboratórios e principalmente em outras barragens, visto que em laboratórios não se consegue simular todos os fatores contribuintes para a danificação de um instrumento. Silveira (2006) explica que a confiabilidade em um equipamento é o principal aspecto almejado, pois é a segurança de uma barragem, cuja ruptura pode trazer consequências devastadoras, que está em jogo. Assim, os instrumentos devem ter uma prova de seu bom desempenho e assegurar a máxima durabilidade no ambiente onde foram instalados. O autor diz ainda que a confiabilidade é diretamente proporcional à simplicidade dos instrumentos, sendo estas classificadas pela seguinte ordem em relação aos transdutores: Ópticos; Mecânicos; Magnéticos; Hidráulicos; Pneumáticos; Corda vibrante; Fibra óptica. Os instrumentos são compostos por transdutores, unidades de leituras e sistema de comunicação entre as partes, e para a seleção de um instrumento cada parte deve ser analisada separadamente devido aos diferentes critérios empregados a cada uma delas.

30 12 Um bom plano de instrumentação demanda a escolha de diversos aparelhos após suas funções terem sido bem especificadas. Na Figura 2.2 podem-se observar os instrumentos usualmente empregados em barragens de terra e enrocamento e os possíveis problemas passíveis de serem detectados ao longo de toda a sua vida útil. Figura 2.2 Auscultação de Barragens de Terra e Enrocamento (FONSECA, 2003) Outro importante aspecto a ser observado é a interferência que os instrumentos podem causar com a construção da barragem e as dificuldades de acesso durante a instalação e as leituras. Segundo Affonso (2004), uma correlação pode ser estabelecida entre as diversas fases de projeto, os objetivos da auscultação, os tipos de observação e o tipo de instrumentação. O Quadro 2.1, adaptado pelo autor, enfatiza o conceito de que o tipo de instrumentação pode variar durante a vida da obra, e que os instrumentos podem ser implantados muito antes do início da construção.

31 13 Quadro 2.1 Correspondência entre fase de projeto, objetivos e tipo de instrumentação de barragens (AFFONSO, 2004) Quantificação e Localização dos Instrumentos Toda barragem de grande porte possui pontos de fraqueza onde podem ocorrer alguns problemas, por exemplo, problemas na fundação, devido a anomalias geológicas, na interface dos solos com o concreto, solo com o enrocamento, enrocamento com as transições e transições com o núcleo. Normalmente esses locais requerem uma instrumentação para observação durante toda vida da barragem. Silveira (2006) comenta que a instrumentação não deve ser utilizada sem uma razão lógica para tal, e Peck (1984) estabelece que o emprego dos instrumentos é tão diverso e suas respostas tão importantes que não se deve dar descrédito utilizando-os desnecessariamente. Para a determinação da quantidade de instrumentos é improvável o estabelecimento de regras pré-determinadas devido às diversas variáveis existentes entre um empreendimento e

32 14 outro. Em Eletrobrás (2003), verifica-se que a quantidade de instrumentos está relacionada com as dimensões e as características dos materiais da barragem, com as características geológicas da fundação e com as etapas e metodologias construtivas. A escolha e a localização dos instrumentos de uma barragem são concebidas o quanto antes possível, na fase de projeto básico, mas há ajustes na fase de projeto executivo e complementação da instrumentação durante a execução da obra. Tais ajustes ocorrem quando das escavações, período que se obtém mais informações sobres os fatores geotécnicogeológicos. A localização correta é importante para que os instrumentos reflitam os comportamentos previsíveis da barragem e de sua fundação de modo a ser compatível com os métodos de análises. Segundo Silveira (2006), um critério de seleção da localização dos instrumentos deve ser constituído por três passos básicos: A identificação das áreas de riscos, como regiões de maiores carregamentos, mais frágeis ou onde as pressões intersticiais esperadas são maiores; Selecionar regiões que possam representar o comportamento global da barragem, geralmente seções transversais, que são consideradas seções instrumentadas primárias, levando em consideração as variações geológicas e os processos construtivos; Como nem sempre as áreas selecionadas serão as ideais, é importante que se considere as seções instrumentadas secundárias para fazer a comparação do seu comportamento com as seções instrumentadas principais. Rosso e Piasentin (1996 apud Fonseca, 2003) condicionam que os princípios da quantificação e localização da instrumentação de barragens sejam caracterizados pelos seguintes pontos: O número de instrumentos deve ser o mínimo possível para representar a compartimentação da barragem e suficiente para garantir uma avaliação global do desempenho da estrutura; A localização dos instrumentos deve ser realizada de modo a aproveitar ao máximo as instalações pré-existentes, por exemplo, as galerias, os dutos, os poços e outros. 2.2 INSTRUMENTOS UTILIZADOS EM BARRAGENS DE ENROCAMENTO As barragens de grande porte são estruturas projetadas para terem longa duração, com vida útil de aproximadamente 50 anos. Para garantir a segurança de uma barragem é

33 15 necessária a sua conservação e o seu monitoramento através de periódicas avaliações, às quais podem ser realizadas por um programa de auscultação. Segundo Fonseca (2003), um programa de auscultação deve ser realizado por inspeções visuais e instrumentações. As inspeções por instrumentações são o processo de aquisição, registro e processamento sistemático dos dados obtidos a partir dos instrumentos de medidas instalados. Para se executar uma instrumentação adequada, Kanji (1990 apud Affonso, 2004) sugere que alguns questionamentos sejam levantados de forma a esclarecer a importância e a necessidade da instrumentação de obras geotécnicas: Quais motivos levaram a adoção da instrumentação? Como determinar os equipamentos a serem utilizados? e, Qual a quantidade de instrumentos necessários aos objetivos que se deseja alcançar? O autor responde o primeiro questionamento dizendo que é para garantir a adequação do projeto à realidade da obra, garantir a segurança da obra durante o período construtivo e durante a operação e promover economia dos recursos. Já no segundo questionamento ele diz que para determinar os instrumentos a serem utilizados é necessário conhecer as grandezas usualmente medidas. Na terceira questão ele comenta que devido à grande diversidade das situações locais e de tipos de soluções, não é aplicável uma receita única, mas torna-se possível analisar a prática comum adotada na instrumentação de barragens de terra e/ou enrocamento, observando as tendências e fatores comuns. Com relação aos instrumentos, é de fundamental importância conhecer aqueles utilizados em barragens de enrocamento, como funcionam, quais grandezas são medidas por cada um e suas vantagens e desvantagens Células de Pressão Total Com o advento da instrumentação de barragens, no início do século XX, através de piezômetros para medir a percolação em fundações e a superfície freática, um novo instrumento foi criado a partir de modificações no piezômetro. Das modificações realizadas surgiu a célula de pressão para medir tensões totais. Um novo projeto foi criado por Roy Carlson, em 1916, para possibilitar medições de tensões em barragens de terra e concreto. O projeto consistia em variações da resistência elétrica de um fio de acordo com a deflexão de uma das membranas que forma uma almofada (SILVEIRA, 2006). Com as pesquisas em prol da melhoraria dos instrumentos aplicados nas

34 16 barragens, surgiram diversos tipos de células de pressão que apresentam características diferentes. Os locais usualmente instrumentados para determinar as tensões totais são os encontros ou interfaces do corpo da barragem de aterro e enrocamento com as estruturas de concreto, as galerias e os condutos enterrados, a fundação, e as ombreiras. É necessário que se instrumente, também, o próprio corpo da barragem para medir as tensões na região de contato entre os diversos materiais que a constitui. Tais regiões são as interfaces entre o núcleo e a transição fina, transição fina e transição grossa e assim sucessivamente. Assim se faz para quantificar as interações entre as interfaces dos diversos materiais envolvidos em todo o conjunto da arte na distribuição dos esforços atuantes, que podem gerar zonas de tração, de plastificação ou causar fissuras no maciço compactado. Outras medidas importantes, geradas através das células de tensões totais, segundo Silveira (2006), são as tensões em regiões que ocorrem alívios nas tensões verticais devido ao processo de arqueamento do solo no interior de canyons. Esses canyons são formados pelos taludes, pelos cut-offs profundos em rocha (no núcleo vertical de barragens de enrocamento), na interface entre aterro e estruturas de concreto, entre outros. Esse processo de arqueamento reduz a tensão vertical do solo propiciando a formação de erosão interna. O autor comenta ainda que as principais questões a serem respondidas pela instrumentação de barragens de terra e enrocamento, com células de tensões totais são: Quais são as tensões atuantes nos muros de ligação ou sobre as galerias enterradas de uma barragem? O nível das tensões efetivas nesses contatos é satisfatório ou pode favorecer a ocorrência de erosão interna? São as tensões verticais efetivas, no interior de um cut-off ou na base de um canyon com paredes subverticais, adequadas para evitar um processo de erosão interna? O campo das tensões medidas é aceitável ou evolui com o tempo? As pressões efetivas são superiores às pressões da água intersticial? (SILVEIRA, 2006, p. 130) As pressões totais por si só não trazem uma informação completa, pois é necessário conhecer as pressões efetivas atuantes na região instrumentada. Para isso, primeiramente deve-se conhecer as pressões intersticiais, o que é feito com a instalação de piezômetros nas proximidades das células de tensões, e, assim, calcular a pressão efetiva a partir dos dados de pressões totais e intersticiais Tipos de Células de Pressão Total As células de tensões consistem basicamente em uma almofada de aço inoxidável,

35 17 circular ou retangular, com sensores internos constituídos de extensômetros elétricos, de cordas vibrantes ou pneumáticos (PALMEIRA, 1996). As células comumente utilizadas em solos estão indicadas na Figura 2.3, que apresenta quatro modelos com princípios de funcionamento diferentes, onde a célula (a) é composta por um pistão central e extensômetro elétrico, as células (b e c) são compostas de dispositivos de corda vibrante com diafragmas dotados de extensômetros elétricos ou inseridos em fluido confinante e a célula (d) é pneumática contendo óleo deaerado e acoplada a um transdutor pneumático de pressão. Figura 2.3 Tipos mais comuns de células de tensões utilizadas em solos (FONSECA, 2003) Silveira (2006) comenta que as células de tensão total são de dois tipos, as de diafragmas e as hidráulicas, sendo que as de diafragmas são apropriadas para sofrerem tensões uniformes, por isso, não é aconselhável sua instalação em barragens de terra onde há partículas não uniformes, por exemplo, cascalho que gerará carga de ponta causando erro de leitura das tensões aplicadas sobre o equipamento. Nesse tipo de barragem é preferencial que se utilize as células hidráulicas, por terem seu desempenho mantido mesmo com aplicação de tensões não uniformes. Os dados obtidos das células de tensões estão relacionados conforme os seus arranjos na instalação. Ao instalar as células de tensões na horizontal obtêm-se as tensões verticais atuantes sobre elas, mas há a possibilidade de determinar o estado geral de tensões em uma seção transversal da barragem instalando as células como uma roseta de 45 (SILVEIRA,

36 ). A Figura 2.4 é uma representação do esquema de instalação das células de tensões conforme uma roseta de 45, e do gráfico da elipse de tensões que fornece a direção e a intensidade das tensões principais menor (σ 1 ) e maior (σ 2 ). Figura 2.4 Representação da instalação de células de pressão segundo uma roseta de 45 e das elipses de tensões (SILVEIRA, 2006) Outro modo de instalação das células de tensões através de rosetas é apresentado na Figura 2.5, que demonstra uma roseta de células de tensões para uso em rocha branda ou solo, instalando-a por meio de sondagem. Figura 2.5 Roseta de células de tensão total para solo e rocha branda (SILVEIRA, 2006)

37 19 Figura 2.6 Modelos de células de tensão total e funcionamento da Fig.2.10a (modificado - SILVEIRA, 2006) Alguns modelos de células de tensão total são apresentados por Silveira (2006), e estão demonstrados na Figura 2.6. O esquema de funcionamento da Figura 2.6a, que contém uma célula hidráulica tipo Gloetzl, está apresentado na Figura 2.6d, em que se observa a pressão atuante sobre a almofada flexível. Para a aquisição da pressão atuante sobre a almofada flexível, basta aplicar uma pressão no fluido através da linha de pressão até que esta se iguale à pressão do solo. Nesse momento, o fluido vaza pela linha de retorno indicando que atingiu a pressão total. Já a Figura 2.6b apresenta uma célula de pressão de corda vibrante e na Figura 2.6c encontram-se três células de pressão Geokon, onde a de primeiro plano é própria para aterro e as outras, de segundo plano, para serem embutidas em concreto. Algumas das principais células de tensão total produzidas, suas características e seus fabricantes estão apresentados na Tabela 2.2.

38 20 Tabela 2.2 Características das principais células de pressão total para solo (SILVEIRA, 2006) Precisão Sensibilidade Dimensões (%CL) (%) Fabricante Modelo Sensor Campo de Leitura (Mpa) Geokon ** Corda Vibrante Corda Vibrante Semicond utor 0-0,35 a 5 0-0,35 a 5 Capacidade de sobrecarga (%) ɸ(mm) LxL(mm) (mm) ± 0,1 0, ± 0,1 0, ,1 a 7 ± 0,5 0, x140 6 Glotzl x200 6 KF Corda 0-0,5 a ± 0, x250 6 (óleo) Vibrante x x400 6 Koyowa BE-E a SisGeo Soil Instruments Slope Indicator Roctest RST Instruments L143D L143S L141D L141S P6 P9 TPC-M (mercúr io) VW TPC Pneuma tic TPC FO- TPC FO- EPC TPC-O (óleo) EPC (óleo) TP-101- P TP-101- S TP-101- V Corda vibrante Corda vibrante Elétrico Elétrico Corda vibrante Corda vibrante Corda vibrante Pneumáti -co Fibra ótica Fibra ótica Corda vibrante Pneumáti -co Elétrico Idem TPC-O SDA Pneumáti -co Corda vibrante 0-0,35 a 7 0-0,35 a 7 0-0,2 a ,2 a 10 ± 0,5 0, ± 0,5 0, x200 6 ± 0,3 0, ± 0,3 0, x ± 0,1 0, ± 0,1 0, ,35 a 3,5 ± 0,5 0, x ,1 ± 0,5 0, ,2 a x200 6,3 ± 0,1 0, x250 6,3-200x300 6,3 0-0,2 a 2 ± 0,1 0, ,9 0-0,17 a ± 0,5 0, x200 6, ,17 a ± 0, x250 6, ,17 a ± 1, x300 6,3 2 Idem Idem Idem Idem 229-9,9 TPC-O TPC-O TPC-O TPC-O 0-0,35 a ± 0,25 a ± 0,15 0-0,35 a ± 0, ,35 a ± 0, Legenda (*)CL. Campo de leitura Instalação das Células de Pressão Total Em barragens de enrocamento e terra, as células de tensão total são instaladas no solo, no enrocamento ou nas interfaces solo/concreto ou enrocamento/concreto. O processo de instalação, quando não é bem executado, pode gerar erros que farão com que os instrumentos apresentem dados inconsistentes.

39 21 O Quadro 2.2 contém os principais fatores que afetam as medições por meio das células de pressão total (SILVEIRA & SANTOS JR, 2005). Quadro 2.2 Fatores que afetam as medições com células de pressão (SILVEIRA & SANTOS JR, 2005) Para atenuar tal situação, atenção especial deve ser dada na hora da instalação das células seguindo alguns critérios. Em solos, as células recomendadas para instalação são as do tipo hidráulicas. Silveira & Santos JR (2005) apresentam alguns fatores relevantes para serem observados no processo de instalação: A relação entre o diâmetro e a espessura da célula deve ser de 20:1; A rigidez da célula na direção da tensão a ser medida deve ser da ordem do meio que ela está inserida; Mudanças na direção que pode ser provocada pelo processo de compactação; O procedimento padrão de instalação através de escavações de trincheiras;

40 22 A profundidade ideal da trincheira para evitar danos aos instrumentos é de 0,60 m, desde que os equipamentos de compactação sejam adequados. Em enrocamentos, as células devem ser instaladas inseridas numa transição de areia envolta por cascalhos, enrocamento fino e enrocamento normal (SCHOBER 1995 apud SILVEIRA, 2006). A instrumentação de enrocamentos requer uma transição dimensionada adequadamente de modo a transmitir as reais tensões aplicadas pelos blocos Extensômetros Diversos instrumentos podem ser utilizados para mensurar os deslocamentos ocorridos em barragens de terra e enrocamento. Os extensômetros são um dos tipos de instrumentos geralmente utilizados para medir os deslocamentos horizontais. Quando se iniciou o interesse em medir os deslocamentos horizontais, se pensou em criar instrumentos com as mesmas características dos utilizados para medição de recalques, mas devido aos maiores esforços exercidos sobre instrumentos instalados na horizontal foi necessário realizar algumas adaptações (SILVEIRA, 2006). Figura 2.7 Esquema de uma seção instrumentada de barragem de enrocamento com núcleo argiloso (BENA) (modificado AFFONSO, 2004) Os extensômetros de haste, de fio ou magnético são instalados em seções transversais instrumentadas conforme exemplo na Figura 2.7. Já os extensômetros para solos contêm um sistema de instalação diferente que está apresentado no item

41 Extensômetro Múltiplo de Haste O mesmo princípio de funcionamento dos extensômetros de haste é mantido para a medição de deslocamentos horizontais e verticais. Uma descrição do funcionamento desse instrumento, para deslocamentos horizontais, está apresentada a seguir, (FONSECA, 2003; AFFONSO, 2004): Placas de aço circulares ou quadradas são dispostas horizontalmente no terreno e conectadas a hastes, capazes de se movimentar livremente no interior de tubos de proteção, também dispostos na horizontal ao longo do terreno, conforme Figura 2.8; As medidas dos deslocamentos horizontais entre as placas são realizadas através das extremidades das hastes, localizadas na cabine de leitura à jusante da barragem. A referência de leitura é a primeira medição realizada logo após a instalação de cada haste. Essa medição é através de uma régua milimetrada, tendo como referência uma placa dentro da cabine de leitura. Figura 2.8 Componentes e Detalhe de instalação de um extensômetro múltiplo de haste (SILVEIRA, 2006; AFFONSO, 2004) As principais vantagens e desvantagens são apresentadas no Quadro 2.3. Quadro 2.3 Vantagens e desvantagens do extensômetro múltiplo de haste VANTAGENS DESVANTAGENS Facilidades de leituras Complexidade construtiva Possibilidade de instalação de quantidades de placas de deslocamento suficientes para um bom Necessidade de proteção contra oxidação monitoramento. Boa coerência das leituras Impossibilidade de reparos Possibilidade de perda da instrumentação por - deslocamentos verticais superiores ao estimado

42 Extensômetro Múltiplo de Fio Esse tipo de instrumento foi criado nos Estados Unidos da América (EUA) para utilização na barragem de Oroville. Seu princípio de funcionamento é igual aos extensômetros de haste, porém usou-se no lugar das hastes cabos com diâmetros de 3,0 mm tensionados por um peso localizado dentro da cabine de leitura. De acordo com Silveira (2006), os extensômetros de fio foram pouco utilizados em barragens no mundo, e no Brasil não há relatos de uso desse instrumento Extensômetro Múltiplo Magnético Os extensômetros magnéticos são uma adaptação dos medidores de recalque magnéticos, diferenciando-se destes pela sua posição de instalação na horizontal e pelo uso de placas quadradas com imãs ao invés de aranhas magnéticas. Um exemplo desse tipo de instrumento está apresentado na Figura 2.9. Figura 2.9 Extensômetro horizontal tipo magnético (SILVEIRA, 2006) O seu funcionamento é basicamente o mesmo dos medidores de recalque, onde um torpedo de leitura é inserido na tubulação que contém uma série de placas ou anéis imantados para determinar a correta posição destes anéis e, assim, verificar as movimentações relativas entre eles. Esse tipo de instrumento tem como objetivo mensurar os deslocamentos ocorridos no

43 25 aterro para determinar a velocidade de execução da obra (fase de construção), quando do enchimento do reservatório, verificar as movimentações laterais do talude de jusante, verificar as diferenças na compressibilidade dos materiais do aterro, comparar os deslocamentos horizontais medidos com os previstos, determinar zonas de tração no interior do aterro e outros Extensômetros para Solo Os extensômetros para solo são utilizados em barragens de enrocamento para medir as deformações horizontais no núcleo, sendo instalados dentro do mesmo na direção longitudinal da barragem. Sua principal aplicação é em trechos onde há possibilidade de ocorrer trações no aterro, que podem gerar fissuras transversais. Os tipos mais usuais desse instrumento são os de transdutores elétricos de deslocamento linear, potenciômetros lineares, transdutores de corda vibrante e os transdutores de núcleo indutivo com frequência de saída, que permitem leituras remotas (SILVEIRA, 2006). Um modelo de extensômetro para solo com sensor de corda vibrante é apresentado na Figura Figura 2.10 Extensômetro de corda vibrante para solos (SILVEIRA, 2006) O referido extensômetro é composto por um sensor de corda vibrante conectado a uma mola e uma haste de extensão. O instrumento é instalado entre duas placas de ancoragem fixas no aterro as quais, ao sofrerem alterações de distâncias entre si, provocam uma força sobre a mola que, consequentemente, altera o sinal de saída do transdutor (SILVEIRA, 2006).

44 26 Um esquema de instalação em uma barragem é apresentado na Figura Essa instalação em barragem de enrocamento com núcleo argiloso (BENA) consiste em posicionar os extensômetros nas proximidades da interface do núcleo com o filtro ou na região central do núcleo, proteger os tubos de extensão contra o atrito com o aterro por meio de mangueiras, podendo ter sua extremidade fixada em rocha, como é o caso de se estender até a ombreira. Figura 2.11 Extensômetros instalados na região de tração do aterro da barragem Vatnedalsvatn (modificado - SILVEIRA, 2006) Inclinômetros Os inclinômetros são utilizados em barragens para avaliar a estabilidade dos aterros, podendo medir os seus deslocamentos verticais ou horizontais. São constituídos por torpedo dotado de pêndulo interno, o qual mede a inclinação do instrumento em relação aos seus deslocamentos; tubo guia, o qual tem sua base fixada para referência; unidade de leitura e resistência elétrica (ou servo-acelerômetros ou transdutores de corda vibrante). Os mais usados são os de servo-acelerômetro, cuja instalação é através de um tubo guia de 70 mm ou 85 mm com quatro ranhuras, demonstrado na Figura Já a Figura 2.13 apresenta os componentes de dois inclinômetros, o torpedo com cabo, a unidade de leitura e o tubo flexível.

45 27 Figura 2.12 Tubos de plástico com ranhuras e encaixe por pressão e colagem (MACHADO, 2007) Figura 2.13 Componentes de inclinômetros Geokon modelos 6000 e 6003 (SILVEIRA, 2006; MACHADO, 2007)

46 28 A instalação de um inclinômetro pode ser com o tubo na horizontal, vertical ou inclinado, toda via, é preferível que seja instalado o mais vertical possível. A etapa de instalação deve ser criteriosamente executada devido aos problemas que podem surgir caso um tubo fique folgado ou com as ranhuras mal orientadas, por exemplo. Isso implicará em leituras erradas podendo, em alguns casos, condenar a instrumentação. As ranhuras servem para determinar a direção exata de descida do torpedo segundo planos orientados. O processo de leitura do instrumento é efetuado descendo o torpedo pela tubulação e erguendo-o lentamente para que sejam realizadas leituras a cada 60 cm ou 50 cm. Tal procedimento deve ser realizado duas vezes. Os inclinômetros mais modernos contam com dois servo-acelerômetros que medem simultaneamente os deslocamentos em dois planos perpendiculares entre si, o que permite verificar os deslocamentos horizontais no sentido montante à jusante e margem direita à margem esquerda simultaneamente (SILVEIRA, 2006). A sensibilidade das leituras do inclinômetro com pêndulo contendo resistência elétrica ou pêndulos com servo-acelerômetro são respectivamente de 1/1000 e 1/10000, o que indica medição de deslocamentos angulares de 1 mm/m e 0,1 mm/m respectivamente (MACHADO, 2007). Existem inclinômetros que operam instalados na horizontal, um modelo é o nº 6015 da Geokon. Tem seu uso também para medir deslocamentos em fundações deformáveis de aterro ou de tanques para líquido. Os inclinômetros horizontais possuem a vantagem de não necessitar de um operador no local, pois sua leitura é remota. Outra vantagem desse tipo de instrumento é a possibilidade de acompanhamento real dos deslocamentos, que é significativo na fase de construção da barragem e de enchimento do reservatório (SILVEIRA, 2006). A instalação desses instrumentos, como foi dito, pode ser com a tubulação guia orientada na horizontal, em plano inclinado e na vertical (Figura 2.14).

47 29 Figura 2.14 Inclinômetros instalados na vertical, inclinado e na horizontal (FONSECA, 2003) Marcos de Deslocamentos Superficiais Os marcos superficiais são utilizados, conforme histórico das barragens na França, desde 1853, devido a um problema de deslocamento de crista em uma barragem. O advento desencadeou o processo de instrumentação de barragem na região. Esses instrumentos são utilizados como referência para verificar os recalques e deslocamentos horizontais ao longo da crista e da berma de uma barragem além dos problemas de instabilidade do talude de jusante no período operacional (pós-enchimento do reservatório), através de topografia de precisão (SILVEIRA, 2006). O instrumento é uma haste metálica fixada em uma base de concreto que, em conjunto, são posicionados em pontos de interesse da barragem. Sua instalação deve garantir a verificação do comportamento da barragem, e não o comportamento local de um bloco na superfície, por isso, é necessário que seja instalado em blocos de concreto bem fixado no aterro (ALMEIDA, 2010). A Figura 2.15 apresenta o projeto de um marco superficial e Figura 2.16 demonstra a imagem desse marco superficial instalado.

48 30 Figura 2.15 Projeto de marco superficial (MACHADO, 2007) Figura 2.16 Marco superficial instalado (MACHADO, 2007)

49 31 Os fatores que devem ser levados em consideração para a locação dos marcos superficiais estão relacionados com as características e necessidades do empreendimento, pois a distribuição ao longo de uma barragem deve possibilitar a interpretação do comportamento de deformação do aterro. Segundo Silveira (2006), para grandes barragens dar-se-á preferência para a instalação de marcos alinhados, de modo que seja possível a utilização de um método de monitoração mais eficiente (colimações geodésicas), sendo que nestas os deslocamentos horizontais são determinados diretamente sobre miras especiais, instaladas sobre os marcos superficiais. Um referencial fixo fora da influência da barragem é necessário para verificar os deslocamentos sofridos pelos marcos instalados no maciço. Os marcos de referência devem estar fixados em superfície que garanta a não movimentação dos mesmos, geralmente em rocha. Em grandes barragens recomenda-se um espaço entre os marcos superficiais de 100 m em média, já para as barragens de médio porte esse espaço pode ser de 50 m (MACHADO, 2007). Os sistemas de monitoramento serão adotados de acordo com a precisão requerida, o tamanho e a forma da barragem. Figura 2.17 Equipamentos para levantamento topográfico (modificado - MACHADO, 2007)

50 32 Alguns dos equipamentos utilizados nos sistemas de monitoramento estão apresentados na Figura A precisão será determinada pelas previsões das grandezas dos deslocamentos. Silveira (2006), diz que para se adquirir precisão e confiança nas medições por métodos topográficos, há a dependência das seguintes variantes: Tipos de instrumentos a ser empregados nas medições; A imobilidade dos marcos de referência, garantindo dados comparáveis com o as primeiras marcações; Proteção e manutenção dos marcos superficiais e outras referências, quer seja contra vandalismo ou contra fenômenos climáticos; A experiência da equipe de topografia ou geodésia; Influência das condições meteorológicas no ato das leituras; Exatidão nas distâncias. Machado (2007) descreve os tipos de sistemas de monitoramento empregados em barragens, que consistem em: Nivelamento de precisão para determinar os recalques; Triangulação ou colimações geodésicas para determinar os deslocamentos horizontais; Silveira (2006) comenta sobre outro sistema de monitoramento utilizando os marcos superficiais, o GPS, que apresenta a vantagem de monitoramento remoto via satélite, mas não tem apresentado bons resultados devido a precisão necessária das medições, principalmente para barragens de concreto. Um esquema de instalação de marcos superficiais em barragens é apresentado na Figura Figura 2.18 Instalação de marcos superficiais (FONSECA, 2003)

51 33 Esse instrumento apresenta uma grande desvantagem, não permitem a observação do talude de montante após a fase de enchimento do reservatório Medidores de Recalque Em barragens, podem ocorrer recalques da fundação, do maciço que ocasionam sobrelevação da crista da barragem, e recalques diferenciais entre as seções transversais que ocasionam trincas pelo corpo da barragem. Esses recalques devem ser analisados e atenuados na fase de projeto. Desde a construção, é necessário instalar instrumentos medidores de recalque. Esses instrumentos, na maioria das vezes, são constituídos de placas metálicas ou anéis imantados, que são instalados na fundação numa mesma vertical do aterro. Os deslocamentos verticais são medidos empregando medições topográficas ou um tubo fixo à rocha de fundação com referência (SILVEIRA, 2006). De acordo com o princípio de funcionamento os medidores de recalques ganham denominações Medidor de Recalque de Tubos Telescópicos São constituídos por placas fixadas em hastes ou em tubos concêntricos, pois quando o maciço que as envolve sofrer algum deslocamento, as placas também sofrerão, possibilitando a medição dos recalques. As medidas são em referência a um tubo interno fixado em rocha. Esse tipo de instrumento foi empregado no Brasil com frequência até a década de 70, sendo substituído por outros modelos devido à desvantagem de instalação de poucas placas, entre três e quatro, e do crescente aumento dos diâmetros dos tubos concêntricos, fator este limitante para o número de medidas dos deslocamentos (FONSECA, 2003). Um esquema de instalação está apresentado na Figura 2.19.

52 34 Figura 2.19 Medidor de recalque de tubos telescópicos (FONSECA, 2003) Medidor de Recalque USBR São instrumentos constituídos por vigas de perfis (U) fixadas a tubulações de menor diâmetro, dotadas de luvas telescópicas para suportar os deslocamentos verticais. A medição dos deslocamentos é realizada, de cima para baixo, através de um torpedo com trena e aletas que travam ao passar pelas luvas telescópicas. Fonseca (2003) descreve como medir os deslocamentos dizendo que os elementos de referência são um sistema mecânico com aletas móveis que se fixam às luvas telescópicas de um tubo guia, permitindo assim as leituras até o fim do furo. Um esquema de montagem está demonstrado na Figura 2.20.

53 35 Figura 2.20 Medidor de recalque tipo United States Bureau of Reclamation (USBR) (SILVEIRA, 2006) As vantagens dos medidores de recalque USBR são: O número de pontos para medição de recalques é ilimitado, pois não há limite de quantidade de vigas a serem instaladas; Integração de medidor de recalque com inclinômetro, permitindo medir simultaneamente os recalques e os deslocamentos horizontais; Proporcionar redução de custos e otimização do plano de instrumentação com o emprego integrado dos inclinômetros com os medidores de recalques. Apresenta as seguintes desvantagens; Longo tempo para realizar as leituras; Exigência de uma equipe de operação muito bem treinada Medidor de Recalque KM Este instrumento é constituído de um tubo guia para múltiplas hastes, onde cada haste deverá ser fixada a uma placa. O conjunto é instalado verticalmente no aterro compactado (Figura 2.21) e deverá ser protegido por tubulação metálica com luvas telescópicas que absorverão as deformações verticais do aterro. A referência para leitura consiste de um tubo galvanizado fixado em rocha (AFFONSO, 2004).

54 36 As leituras são através de um paquímetro adaptado a encaixar no tubo de referência e a apoiar na extremidade da haste a ser medida. Figura 2.21 Medidor de recalque tipo KM (AFFONSO, 2004) É considerado um dos melhores medidores de recalque existente para barragens de enrocamento ou terra (SILVEIRA, 2006). As vantagens e desvantagens estão apresentadas no Quadro 2.4 (AFFONSO, 2003). Quadro 2.4 Vantagens e desvantagens dos medidores de recalque tipo KM VANTAGENS DESVANTAGENS Reduzidas dispersões nas leituras Deslocamentos repentinos sem explicação Alta precisão das leituras (ordem de 0,1 mm) Necessidade de boa galvanização hastes e dos tubos Facilidade de leitura, com reduzido tempo Complexidade de construção, instalação e reparos Maior número de placas instaladas Elevado custo Medidor de Recalque Magnético É um instrumento composto por anéis magnéticos, instalados ao longo de uma mesma vertical, e tubo guia de PVC rígido, onde se insere a sonda tipo torpedo (sonda eletromagnética) para realizar as leituras. Iniciam-se as leituras dos deslocamentos, de baixo para cima, através do torpedo que ao passar pelo anel imantado, onde há o campo magnético local que aciona um contato no interior do torpedo e faz soar um alarme na superfície, e assim

55 37 determina a cota do anel. As cotas são medidas por uma graduação no cabo elétrico do torpedo ou por uma trena metálica presa ao mesmo (Figura 2.22). A movimentação do maciço gera os deslocamentos nos anéis magnéticos, fazendo com que os mesmos mudem de cota, isso porque estes estão bem solidários ao terreno compactado. A Figura 2.23 contempla o esquema de instalação desse instrumento. Figura 2.22 Sonda para medidor de recalque magnético Geokon e execução da leitura (ALMEIDA, 2010) Figura 2.23 Perfil de instalação de um medidor de recalque magnético (AFFONSO, 2004) A implantação do instrumento requer um processo construtivo relativamente simples, pois a extremidade inferior da tubulação deve ser fixada em rocha, cada anel deverá ter sua cota determinada por topografia e a vedação dos tubos deve garantir que não passe materiais

56 38 sólidos para o interior do tubo, podendo ocorrer a perda do referencial na base. Nas instalações através de furos de sondagem, geralmente em fundações, os anéis são empregados acoplados a um dispositivo de molas que são mantidas fechadas durante a inserção no furo, e liberadas após seu posicionamento na cota prevista em projeto (SILVEIRA, 2006). As vantagem e desvantagens desse tipo de medidor estão dispostas no Quadro 2.5 (FONSECA, 2003; AFFONSO, 2004; SILVEIRA, 2006). Quadro 2.5 Vantagens e desvantagens do medidor de recalque magnético VANTAGENS DESVANTAGENS Possibilidade de instalar um grande número de anéis, que aumenta a quantidade de leituras em uma mesma vertical garantindo melhor verificação dos recalques Dispersão das leituras quando das maiores profundidades das placas Baixo custo Confiabilidade - Simplicidade - Procedimento de leitura demorado Controle dos recalques sem campanha de nivelamento topográfico - Processo relativamente simples de instalação Medidor de Recalque de Célula Hidráulica As células hidráulicas de recalque (caixa sueca) utilizam o princípio dos vasos comunicantes para medir os recalques no maciço. O equipamento é constituído por tubos de leitura instalados, no interior do maciço, em pontos onde se deseja conhecer o deslocamento vertical. Estes tubos são protegidos por uma caixa e levados até um painel de leitura, localizado na face de jusante, que possibilita a medição dos recalques. Para cada painel de leitura, costuma-se instalar várias células hidráulicas em cotas aproximadas (AFFONSO, 2004). A previsão dos recalques a serem medidos é fundamental para a escolha e o posicionamento do painel de leitura, localizado geralmente em uma cabine de leitura instalada em bermas ou taludes de jusante (SILVEIRA, 2006). As caixas suecas, quando instaladas em barragens de enrocamento com núcleo central (BENC), devem localizar-se no núcleo ou no enrocamento de jusante, pois se localizadas no enrocamento de montante pode ocorrer percolação da água deste para o núcleo, o que causaria piping. Quando as caixas são instaladas em barragens de enrocamento com face de concreto (BEFC), elas podem ser montadas em toda extensão da seção transversal da barragem (AFFONSO, 2004). Os esquemas de instalação para (BENA) e (BEFC) estão representados nas Figuras 2.24 e 2.25 respectivamente.

57 39 Figura 2.24 Seção de barragem (BENA) instrumentada por células hidráulicas de recalque (AFFONSO,2004) Figura 2.25 Seção de barragem (BEFC) instrumentada por células hidráulicas de recalque (AFFONSO, 2004) As caixas suecas instaladas em núcleos ou barragens de terra devem possuir quatro tubos com as seguintes funções (SILVEIRA, 2006): Medir o recalque da caixa em relação à cabine de leitura; Drenar o excesso de água na célula; Manter a pressão atmosférica na célula; Verificar a possível existência de ar na tubulação. O detalhe de uma caixa sueca é apresentado na Figura 2.26 contendo estes quatro tubos. Quando a instalação da caixa for no enrocamento, dispensa-se os dois primeiros tubos, já que a drenagem e a pressão atmosférica ocorrem naturalmente entre os vazios do enrocamento.

58 40 Figura 2.26 Esquema geral de caixa sueca (FONSECA, 2003) Os tubos de leitura dos recalques são saturados com água destilada e deaerada mantendo a pressão atmosférica em seu interior. Esse procedimento contribui para uma sensibilidade de aproximadamente 1 mm, tornado esse instrumento o mais preciso entre os de medição de recalque. As leituras são obtidas pela diferença de nível de cada tubo em relação a um referencial instalado na cabine de leituras. As medidas dos deslocamentos são confirmadas por uma régua milimetrada instalada no painel de leitura (FONSECA, 2003). Os aspectos construtivos são fornecidos por (CBDB, 1996): Caixas com interior de tubos de aço com 110 mm de diâmetro por 300 mm de comprimento, vedado nas extremidades com chapas de aço; Instalação dos tubos conforme Figura 2.30; Os tubos ligados da caixa sueca até a cabine podem ser de PVC rígido, nylon ou polietileno; A proteção do tubo de 110 mm será através de uma caixa de concreto pré-moldado, e a proteção dos tubos de ligação será por tubulação de aço galvanizado, em toda extensão da linha de tubulação; A caixa é assenta em concreto e os tubos em base uniforme, geralmente de cascalho bem regularizado. As vantagens e desvantagens das caixas suecas são apresentadas no Quadro 2.6 (AFFONSO, 2004).

59 41 Quadro 2.6 Vantagens e desvantagens dos medidores de recalques tipo célula hidráulica VANTAGENS DESVANTAGENS Interferência na praça de construção Necessidade de instalação de referência no somente no nível de instalação terminal de leitura (cabine), sendo este fixado em Local adequado e de fácil acesso para as leituras (terminal de leitura) Alta sensibilidade em relação aos recalques profundidade Problemas na tubulação gerando discrepâncias nas leituras (esta é a grande desvantagem desse instrumento) - Affonso (2004) descreve as prováveis causas de leituras discrepantes, visando às tubulações de medição: Formação de bolhas no interior da tubulação; Acumulo de lodo em tubos e conexões; Rompimento das tubulações imersas no maciço; Entupimento do suspiro; Entupimento do dreno; Entupimento das tubulações de medição Medidor de Recalque de Corda Vibrante Esse instrumento utiliza a alta sensibilidade dos sensores de corda vibrante na medição dos recalques. São amplamente utilizados para determinar recalques em base de aterros ou no interior do maciço de barragens. De acordo com Silveira (2006), alguns modelos foram desenvolvidos pela empresa Geokon com suas funcionalidades através de princípios diferentes, porém todos com alta precisão e alta sensibilidade da ordem de 0,025% do campo de medida. Os modelos apresentados pelo autor são: Série 4600 contém 0,025% de sensibilidade, campo de leitura de 7 a 35 m e tem seu emprego por meio de tubos verticais para medir os recalques através de uma coluna líquida que sofre variações conforme as variações do aterro, o modelo está apresentado na Figura 2.27a; Série 4650 contém 0,25% de sensibilidade, campo de leitura de 7 a 17 m e tem seu funcionamento por meio de tubos verticais onde há uma coluna líquida conectando um

60 42 prato instalado no aterro até um sensor na superfície, onde os deslocamentos do aterro gera mudança da coluna líquida que é percebida pelo sensor (Figura 2.27b); Série 4651, empregado para perfilagem contínua dos recalques através de tubo horizontal (Figura 2.28). a) b) Figura 2.27 Medidores de recalque de corda vibrante Geokon (modificado - SILVEIRA, 2006) Legenda: a. Medidor de recalque Geokon modelo 4600; b. Medidor de recalque Geokon modelo 4 Figura 2.28 Esquema de instalação do medidor de recalque modelo 4651 Geokon (SILVEIRA, 2006) 2.3 INSTRUMENTOS UTILIZADOS NOS NÚCLEOS DE BARRAGENS DE ENROCAMENTO COM NÚCLEO DE CONCRETO ASFÁLTICO (BENCA) Nesse item serão apresentados alguns planos de instrumentação de barragens de enrocamento com núcleo de concreto asfáltico, dando ênfase à instrumentação do núcleo.

61 Barragem Storvatn A barragem Storvatn, construída na Noruega com enrocamento com núcleo de concreto asfáltico, teve sua conclusão em Ela tem uma altura máxima de 90 m, comprimento de crista de 1475 m, um volume total do aterro de 10 milhões de metros cúbicos e um volume do núcleo de 49 mil metros cúbicos. Uma visualização de suas características pode ser observada pela Figura 2.29 onde se apresenta uma seção transversal. O objetivo principal do programa de instrumentação foi determinar as deformações da barragem, e principalmente avaliar o comportamento dos materiais de transição adjacentes ao núcleo e o próprio núcleo. Figura 2.29 Seção transversal da barragem Storvatn (HOEG, 1993) Uma barragem (BENCA) possui núcleo pouco espeço, entorno de 1,0 m na base variando até 0,5 m próximo de seu topo. Esse núcleo deve acompanhar os deslocamentos dos materiais adjacentes, motivo que leva a realização de um plano de instrumentação especial para acompanhar suas deformações, pois essas deformações não podem causar seu fraturamento. Segundo Hoeg (1993), atenção especial foi dada na avaliação da expansão e contração da largura do núcleo focando nas diferenças entre a compressibilidade do núcleo e dos materiais de suporte a ele. O plano de instrumentação foi realizado em três seções transversais, totalizando os seguintes instrumentos: 284 marcos superficiais; 12 inclinômetros instalados verticalmente ou horizontalmente; 28 extensômetros para medida dos deslocamentos no concreto asfáltico; 10 extensômetros para detectar movimentos relativos entre núcleo e zonas adjacentes;

62 44 10 dispositivos especiais para detectar deformações por cisalhamento na zona de transição; 10 células de pressão para medida do estresse no enrocamento. Os instrumentos especiais para monitorar o deslocamento do núcleo e as deformações de cisalhamento na zona adjacente (filtro) estão apresentados na Figura Figura 2.30 Instrumentos especiais para monitorar o comportamento do núcleo (HOEG, 1993) Legendas: a. Deformação horizontal do núcleo; b. Deformação vertical do núcleo; c. Deslocamento relativo na interface núcleo/filtro; d. Placa ancorada para detectar deformações no filtro. Na Figura 2.30 legenda (a), foi instalado um extensômetro para monitorar a deformação horizontal sofrida pelo núcleo, o instrumento foi ancorado em dois pontos do núcleo de modo que ao ocorrer qualquer deformação horizontal, o instrumento possa detectar. Na legenda (b), também se observa um extensômetro ancorado em dois pontos do núcleo para monitorar os deslocamentos verticais. Na legenda (c), o monitoramento desejado é o deslocamento relativo entre núcleo e filtro, pois se observa a instalação de um extensômetro ancorado no núcleo e no filtro. Na legenda (d), o objetivo da instalação de uma placa no filtro é verificar suas deformações. Através do monitoramento especial aplicado ao núcleo verifica-se que a maior preocupação, em relação aos efeitos danosos a este, está relacionada aos deslocamentos/deformações. Esse programa especial de instrumentação se tornou valioso, pois deixou documentadas as deformações sofridas pela barragem durante a fase de

63 45 construção e operação. Em particular, para um país que iniciou essa tecnologia em suas barragens, é fundamental obter tais informações. A Tabela 2.3 apresenta as deformações medidas no núcleo ao final da construção, observando que os valores negativos informam compressão. Eleva ção Tabela 2.3 Deformações no núcleo ao final da construção (HOEG, 1993) Deformações Horizontais Deformações verticais Valo Médi Deforma Val Médi Deform r mm a mm ção % or mm a mm ação % Barragem Dhunn A barragem Dhunn, construída na Alemanha entre 1979 e 1980 sobre uma rocha de basalto bastante fragmentada, contém altura de 58 m, 400 m de comprimento de crista, m³ de volume de aterro, e núcleo de concreto asfáltico com volume de m³, largura constante de 60 cm, instalado verticalmente até 2/3 da sua altura, sendo que no último trecho há uma inclinação para jusante de 4:1. Os materiais de transição foram compactados com maior energia devido à sua pequena granulometria. A seção transversal está apresentada na Figura Figura 2.31 Principal seção transversal da barragem Dhunn (BRETH & ARSLAN, 1990) Legenda: a. Núcleo de concreto asfáltico; b. Filtro; c. Enrocamento fino; d. Enrocamento grosso; e. Enrocamento de paramento; f. Nível da água; g. Galeria de controle e injeção.

64 46 Um fato atípico ocorreu com a barragem, pois apesar de sua construção concluída o enchimento do reservatório iniciou após cinco anos. Durante esse período vários estudos foram realizados na barragem, a fim de verificar seu comportamento. Os instrumentos utilizados no monitoramento da barragem estão apresentados na Figura 2.32, onde há aplicação de extensômetros para verificar os deslocamentos horizontais e verticais do núcleo e dos materiais adjacentes. Os detalhes do aparelho e da fixação no núcleo estão apresentados na Figura Figura 2.32 Seção principal da barragem Dhunn com instrumentos (BRETH & ARSLAN, 1990) Legenda: C. Topo da barragem; D. Poço de medição; E. Extensômetros; I. Núcleo de concreto asfáltico Figura 2.33 Diagrama esquemático da instrumentação pelo poço de medição (BRETH & ARSLAN, 1990) Legenda: a. Extensômetro de fio duplo para medir a espessura do núcleo de concreto asfáltico; b. Bitola vertical; c. Extensômetro horizontal; d. Núcleo de concreto asfáltico; e. Bola de travamento; f. Placa de medição. O poço de medição consiste em elementos de concreto reforçado com formato cônico duplo. Utiliza-se o poço medição como acesso para mensurar os deslocamentos das partes instrumentadas do núcleo, de acordo com a variação da sua espessura, através das placas de

65 47 ancoragem. Para medir as tensões foram instaladas células de pressão, cujas localizações estão apresentadas na Figura 2.34, verifica-se ainda nesta figura a posição da base do núcleo acima da galeria de injeção, onde há uma célula de tensão instalada para medir a pressão vertical, e outras células são espalhadas pelo filtro medindo tanto a pressão vertical como a horizontal. Figura 2.34 Células de pressão instaladas nas proximidades da base do núcleo (BRETH & ARSLAN, 1990) Legenda: A. Núcleo de concreto asfáltico; B. Zona do Filtro; C. Talude de jusante; e. Célula de pressão horizontal; f. Célula de pressão vertical. Segundo Breth & Arslan (1990), a ênfase principal é colocar em observação o núcleo e área próxima a ele. O plano de monitoramento mostrou que boas previsões foram realizadas com relação aos deslocamentos. Durante a fase construtiva o comportamento do núcleo foi próximo ao comportamento dos materiais adjacentes a ele, mas no período de enchimento houve um assentamento maior por parte do núcleo em relação a esses materiais. Como consequência do plano de instrumentação houve a possibilidade de acompanhar o comportamento da barragem. O maior deslocamento da barragem ocorreu cerca de 16 m acima da fundação, na transição entre a zona interna e externa. No final do período de construção, o maior deslocamento vertical foi de 42 mm e os deslocamentos horizontais ficaram abaixo de 10 mm. Na área do núcleo, as tensões verticais e horizontais aumentaram com a altura do enchimento a uma relação (σ h /σ v ) de aproximadamente igual a 0.5. O período em que a represa não ficou cheia não houve aumento de pressão considerável, mas um aumento foi reconhecido como consequência do enchimento da represa. O método utilizado para medir os deslocamentos do núcleo de concreto asfáltico foi realizado na parede do núcleo voltada para jusante. Durante a construção do núcleo uma haste

66 48 de aço, com uma bola na ponta e coberta por um tubo, foi implantada com o concreto asfáltico ainda quente, esse processo foi repetido em todos os níveis que se desejava avaliar os deslocamentos. A Figura 2.35 apresenta um esquema de fixação da haste no núcleo. Figura 2.35 Fixação de haste e placa no núcleo asfáltico (BRETH & ARSLAN, 1990) A haste com sua bola foram fixadas até o centro do núcleo e logo em seguida realizaram-se três camadas de concreto asfáltico compactado. Após o concreto asfáltico estar enrijecido escavou-se a transição em um metro de profundidade para instalar a placa. O processo de instalação está apresentado na Figura 2.36, onde mostra a escavação do local de instalação da placa, e na Figura 2.37, onde a placa está instalada.

67 49 Figura 2.36 Escavação da transição para instalar placa (BRETH & ARSLAN, 1990) Figura 2.37 Placa instalada no núcleo asfáltico (BRETH & ARSLAN, 1990) A instalação do poço de medição está apresentada na Figura 2.38.

68 Figura 2.38 Instalação do poço de medição de deslocamento do núcleo asfáltico (BRETH & ARSLAN, 1990) 50

69 51 3 COMPARAÇÃO ENTRE INSTRUMENTOS APLICADOS EM BEFC E BENA COM OS INSTRUMENTOS APLICADOS EM BENCA Segundo Cooke (1984) novos projetos de barragens de enrocamento devem ser também fundamentados em monitoramentos de barragens anteriormente construídas e em experiência anteriores, para isso é fundamental um bom plano de instrumentação. Como exemplo, cita-se a barragem de Megget na Escócia que teve seus dados utilizados para criação de um modelo matemático de previsão dos deslocamentos da barragem principal da UHE Foz do Chapecó (SAYÃO et al, 2014). Assim, é importante comparar como são instrumentadas as diversas barragens de enrocamento, cujas maiores finalidades da instrumentação são observar os deslocamentos, infiltrações e tensões durante sua vida útil (LORIGGIO et al., 2003). 3.1 INSTRUMENTAÇÃO DE BARRAGENS DE ENROCAMENTO COM NÚCLEO ARGILOSO (BENA) Como já foi dito anteriormente, a instrumentação de uma barragem é fundamental para o seu monitoramento e para levantar informações sobre seu comportamento que vai confirmar ou não as hipóteses de projeto, além de gerar dados para estudos futuros. De forma a se objetivar estas instrumentações, pode-se criar um padrão para os planos de instrumentação, lembrando-se que as barragens possuem características únicas e que devido aos diversos fatores intervenientes no comportamento destas, estes padrões não devem ser tomados como regras exclusivas, mas sim como modelos genéricos de experiências anteriores. Um projeto de instrumentação de barragens de enrocamento com núcleo argiloso (BENA) deve objetivar a medição de deslocamentos verticais e horizontais no núcleo, nas abas do enrocamento, nas transições e superfícies, utilizando-se de medidores de recalque, células de recalque, inclinômetros, extensômetros e marcos superficiais, entre outros. Affonso (2004) recomenda a instalação de piezômetros, de modo a medir as poropressões em pontos do núcleo e fundação, além da necessidade da instalação de medidores de vazão e células de tensão total. Um esquema generalista de instrumentação de uma seção de BENA pode ser visto na Figura 3.1.

70 52 Figura 3.1 Esquema de uma seção instrumentada de BENA (AFFONSO, 2004) Com o propósito de se validar o esquema demonstrado acima, será apresentada a instrumentação das barragens da UHE São Simão, baseando-se nos estudos de Fonseca (2003) e na UHE Itaúba, conforme estudos de Smiderle (2004) Barragem da UHE São Simão A UHE São Simão é parte integrante do sistema de aproveitamento hidrelétrico do rio Paranaíba, em seu trecho inferior, na fronteira entre os estados de Goiás e Minas Gerais, com elaboração dos projetos e execução entre os anos de 1973 e 1977 (FONSECA, 2003). Sua localização pode ser vista na Figura 3.2. Ela é composta por uma barragem de terra às margens direita e esquerda, barragem de terra e enrocamento no leito do rio, Transição nº 1, Transição nº 2, vertedouro, ensecadeiras, barragem de concreto do tipo gravidade, canal de descarga, canal de desvio, casa de força e subestação, conforme Figura 3.3. Foram colocadas as Figuras 3.3 e 3.5 a 3.9, modificadas, acompanhado o desenvolvimento do capítulo, porém essas figuras estão apresentadas no Anexo A, conforme encontram-se nos estudos de Fonseca 2009.

71 53 Figura 3.2 Localização da UHE São Simão (modificado - FONSECA, 2003) Figura 3.3 UHE São Simão (modificado - FONSECA, 2003) A barragem de terra e enrocamento, com núcleo de argila, possui comprimento de 665 m com altura máxima de 127 m, entre as estacas ,0 e ,0 m. A Figura 3.4 representa a seção típica desta barragem, localizada na estaca ,0, com núcleo composto por areia argilosa, tendo seu topo na cota 401,0 m. Os taludes a montante do núcleo

72 54 apresentam inclinação de 0,5 na horizontal para 1,0 na vertical, e os taludes a jusante possui inclinação de 0,1 na horizontal para 1,0 na vertical. Foi utilizado cascalho de terraço complementando o núcleo argiloso, simbolizado na Figura 3.4 pela referência 5, com o intuito de reduzir os recalques diferenciais (FONSECA, 2003). Figura 3.4 Seção típica da barragem de terra e enrocamento da UHE São Simão (modificado - FONSECA, 2003) De acordo com Fonseca (2003) a instrumentação da barragem de terra e enrocamento da UHE São Simão foi realizada com o intuito de quantificar os recalques, poropressões, tensões totais e efetivas, posição do nível de água (NA) e medir as vazões de infiltração pelos aterros e fundações da estrutura. Após o enchimento do reservatório, constatou-se a necessidade da instalação de piezômetros, medidores de NA, medidores de recalque e medidores de vazão devido infiltrações ocorridas na ombreira esquerda. Foram adotadas ao longo da barragem 17 seções de instrumentação, sendo 4 delas na barragem de terra e enrocamento (Seções 6, 7, 8 e 8A), de modo a representar o comportamento da barragem. A Figura 3.5 apresenta a planta com a instrumentação instalada na barragem de terra e na barragem de terra e enrocamento da margem direita da UHE São Simão.

73 55 Figura 3.5 Planta de instrumentação instalada na barragem de terra e na barragem de terra e enrocamento da margem direita da UHE São Simão (modificado - FONSECA, 2003) Através da planta de instrumentação instalada na barragem de terra e enrocamento é possível quantificar os instrumentos por seção, onde se observa para a seção 6, 6 piezômetros Casagrande, 3 medidores de recalque IPT e 3 caixas suecas; na seção 7, 4 piezômetros Casagrande e 4 caixas suecas; para a seção 8, 2 piezômetros Casagrande, 15 piezômetros pneumáticos Hall, 1 inclinômetro e 5 caixas suecas; na seção 8A, 1 inclinômetro. Ao longo da barragem de terra e enrocamento foram instalados 19 marcos superficiais, tais seções estão representadas nas Figuras 3.6, 3.7, 3.8 e 3.9.

74 56 Figura 3.6 Seção instrumentada 6 da barragem de terra e enrocamento da UHE São Simão (modificado - FONSECA, 2003) Figura 3.7 Seção instrumentada 7 da barragem de terra e enrocamento da UHE São Simão (modificado - FONSECA, 2003) Figura 3.8 Seção instrumentada 8 da barragem de terra e enrocamento da UHE São Simão (modificado - FONSECA, 2003)

75 57 Figura 3.9 Seção instrumentada 8A da barragem de terra e enrocamento da UHE São Simão (modificado - FONSECA, 2003) Ao se comparar as seções instrumentadas da barragem ao esquema generalista de instrumentação de uma seção de BENA da Figura 3.1, é factível estabelecer semelhanças entre estas: A seção 6 apresenta medidores de recalque IPT alinhados verticalmente no cascalho de terraço que substitui o núcleo argiloso e caixas suecas neste cascalho e no enrocamento, conectados aos painéis de leitura localizados no talude de jusante da barragem. São notados também piezômetros em sua fundação; A seção 7 apresenta caixas suecas no cascalho de terraço e no enrocamento, conectados aos painéis de leitura localizados no talude de jusante da barragem, bem como piezômetros tipo Casagrande no tapete drenante de enrocamento e fundação; A seção 8 apresenta piezômetros pneumáticos Hall no núcleo argiloso e cascalho de terraço, caixas suecas no cascalho de terraço e no enrocamento conectados aos painéis de leitura localizados no talude de jusante da barragem, inclinômetro e piezômetros tipo Casagrande no tapete drenante de enrocamento e na fundação; A seção 8A é instrumentada por um inclinômetro Barragem da UHE de Itaúba A UHE de Itaúba situa-se no centro do Estado do Rio Grande do Sul, entre os municípios de Pinhal Grande e Estrela Velha, cerca de 215 km a noroeste de Porto Alegre, é localizada a 39 Km a jusante da UHE Governador Leonel e a 40 Km a montante da UHE

76 58 Dona Francisca. Ela é uma barragem de enrocamento com núcleo de argila de 385 m de comprimento de crista e 92 m de altura máxima, a data de início das obras de execução foi 9 de janeiro de 1973 e término em 2 de outubro de 1979, sendo que a barragem principal teve início em outubro de 1973 e término em 9 de janeiro de A empresa projetista foi a ENGEVIX S. A. Estudos e Projetos de Engenharia (SMIDERLE, 2014). Teve como concepção de projeto um perfil de enrocamento com núcleo delgado impermeável de argila, com cerca de 55 m de largura na base e 5 m no topo. A definição de um núcleo inclinado para jusante foi para permitir a construção do enrocamento em épocas de chuva, quando a parte argilosa não poderia ser construída devido ao controle de umidade necessário para que se obtenha um grau de compactação de acordo com determinado em projeto. O perfil da barragem tem inclinação do enrocamento de montante em 1,9 na horizontal para 1,0 na vertical e de jusante em 1,6 na horizontal para 1,0 na vertical, com o núcleo inclinado a 0,77 na horizontal para 1,0 na vertical (SMIDERLE, 2014). A Figura 3.10 demonstra o perfil da barragem. Figura 3.10 Seção transversal da barragem de Itaúba (SMIDERLE, 2014) A instrumentação da barragem foi realizada com o parecer emitido pelo consultor geotécnico Victor F. B. de Mello, que enfatizou a importância de se utilizar os instrumentos para confirmar as premissas de projeto e ainda para servir como fonte de análise de comportamento para futuros projetos (SMIDERLE, 2014). Os Quadros 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 e 3.5 apresentam os instrumentos instalados na barragem, a quantidade, localização, objetivos de sua instalação e demonstram as plantas de projetos com as indicações da instrumentação.

77 Quadro 3.1 Descrição da Instrumentação Instalada em Itaúba (SMIDERLE, 2014) 59

78 Quadro 3.2 Descrição da instrumentação instalada em Itaúba Continuação (SMIDERLE, 2014) 60

79 Quadro 3.3 Descrição da instrumentação instalada em Itaúba Continuação (SMIDERLE, 2014) 61

80 Quadro 3.4 Descrição da instrumentação instalada em Itaúba Continuação (SMIDERLE, 2014) 62

81 63 Quadro 3.5 Descrição da instrumentação instalada em Itaúba Continuação (SMIDERLE, 2014) A disposição dos instrumentos da barragem de Itaúba também segue o padrão da seção genérica, porém procurando corresponder às necessidades de monitoramento específicas da barragem. Ao comparar os instrumentos das seções instrumentadas dessa barragem com a seção generalista da Figura 3.1 percebem-se as seguintes semelhanças: Os tipos de instrumentos sugeridos na seção transversal generalista são os instrumentos aplicados na barragem de Itaúba; Nas seções transversais da barragem de Itaúba há células de pressão total no contato maciço/fundação, no contato galeria/núcleo, no interior do núcleo, nas transições, já na seção generalista há uma indicação para a instalação de célula de pressão total na base do núcleo; Os medidores de recalques são aplicados em Itaúba na região central das seções transversais, passando pelo núcleo e transição a jusante. Essa mesma configuração é apresentada na seção transversal generalista;

82 64 As células de recalques da seção transversal generalista estão instaladas do núcleo à face de jusante em vários níveis, já nas seções da barragem de Itaúba esse instrumento foi instalado (em menor quantidade) também no enrocamento de montante; Os marcos superficiais (da barragem de Itaúba) são instalados em linhas coincidindo com as superfícies das seções instrumentadas. O que se observa na seção generalista são os marcos superficiais instalados em sua superfície, indicando justamente que eles devem seguir a linha das seções instrumentadas; Na seção generalista há um inclinômetro instalado no núcleo e, nas seções da barragem de Itaúba os inclinômetros foram empregados no núcleo e nos enrocamentos; Os piezômetros em ambos os casos foram empregados na fundação e no núcleo, sendo que nas seções da barragem de Itaúba também foram instalados no contato fundação/maciço. Nessa barragem ainda foram instalados piezômetros Casagrande nas ombreiras (na crista a montante e no pé da barragem), caracterizando um monitoramento mais específico da barragem. De um modo geral as instrumentações das barragens BENA da UHE São Simão e da UHE Itaúba estão correspondentes à instrumentação da seção generalista, pois os tipos de instrumentos são basicamente os mesmos, as grandezas a serem observadas são as mesmas, as configurações de distribuição dos instrumentos são parecidas, salvo casos particulares de monitoramento em cada barragem, e o quantitativo por seção depende das dimensões da barragem, fato que não propicia uma boa comparação com a seção generalista. 3.2 INSTRUMENTAÇÃO DE BARRAGENS DE ENROCAMENTO COM FACE DE CONCRETO (BEFC) A primeira barragem de enrocamento com face de concreto construída no Brasil foi a barragem principal da UHE Foz do Areia. Sua construção teve início em 1975 e conclusão em Ela está localizada no rio Iguaçu no Paraná. Sua construção foi um marco para o Brasil, pois ela se tornou a maior barragem do mundo com face de concreto da época. Desde sua construção até meados de 2006 várias barragens BEFC foram construídas com seguidas evoluções nos processos executivos, o que possibilitou economia de recursos, essas barragens são (WATIZKO, 2007): Foz do Areia, no rio Iguaçu concluída em 1979; Segredo, no rio Iguaçu concluída em 1993; Xingó, no rio São Francisco concluída em 1994;

83 65 Itá, no rio Uruguai concluída em 1999; Machadinho, no rio Pelotas concluída em 2001; Itapebi, no rio Jequetinhonha concluída em 2003; Quebra Queixo, no rio Chapecó concluída em 2003; Barra Grande, no rio Pelotas concluída em 2005, e Campos Novos, no rio Canoas concluída em Algumas dessas barragens geraram preocupações devido a aberturas de fissuras e trincas na face de concreto provocando infiltrações não previstas. Já na concepção de projeto era prevista o monitoramento dos deslocamentos do maciço para prever possíveis avarias na face de concreto. De acordo com Cavalcanti et al (1994), a instrumentação de barragens de enrocamento com face de concreto tem como finalidade monitorar as deformações do maciço e os esforços atuantes na face de concreto. Os deslocamentos são medidos nas direções horizontal e vertical tanto para o interior do maciço como para a face de concreto que prevê também medições das deformações no concreto e aberturas nas juntas entre as placas concretadas. Um modelo, de uma seção transversal instrumentada de barragem BEFC, sugerido por Oliveira e Sayão, 2004 e, que foi apresentado nos estudos de Affonso, 2004, está demonstrado na Figura Essa seção generalista instrumentada será comparada com as seções das barragens de Itá e Machadinho, as quais são baseadas nos estudos de Watzko, Apesar de se saber que não há uma receita única para instrumentar uma barragem, devido às variáveis existentes nos diversos empreendimentos, far-se-á a comparação com o intuito de demonstrar que o uso de metodologias de instrumentação baseadas em experiências anteriores é muito frequente em barragens.

84 66 Figura 3.11 Esquema de seção instrumentada de BEFC (AFFONSO, 2004) Barragem de Itá A barragem de Itá está localizada no curso do rio Uruguai na divisa entre os estados do Rio Grande do Sul e Santa Catarina. É uma barragem do tipo enrocamento com face de concreto com cerca de 125 m de altura máxima, 880 m de comprimento, um volume total de 8,9 milhões de m³ de enrocamento e 110 mil m² de área de face. Sua construção foi concluída em 1999, quando deu início ao enchimento do reservatório que perdurou até junho de 2000 (SARDINHA, 2003). O plano de instrumentação de uma barragem BEFC está ligado ao modelo de zoneamento adotado. Apresenta-se na Figura 3.12 uma seção típica do zoneamento da barragem de Itá, que também foi considerada para a barragem de Machadinho, que ajudará no esclarecimento da instalação de determinados instrumentos. Figura 3.12 Seção típica do zoneamento adotado na barragens de Itá e Machadinho (WATZKO, 2007) Legenda do maciço: E0. Enrocamento Fino; E1. Enrocamento Médio; E2/E3. Enrocamento Graúdo;

85 67 Observa-se que no zoneamento aplicou-se enrocamentos de granulometrias crescentes no sentido montante para jusante, esse fato se dá pela preocupação em manter uma área de menor deformação próxima à face de concreto. A Figura 3.13 apresenta uma seção com indicação das posições dos medidores de recalques magnéticos. Esses instrumentos estão locados em duas regiões distintas, na região mais próxima da face, que é composta por material de granulometria fina, e na região mais central onde há um material de maior granulometria que sofre maiores tensões/deformações. Figura 3.13 Medidores de Recalques Magnéticos de uma seção da barragem de Itá (WATZKO, 2007) Outros componentes da instrumentação estão representados na Figura 3.14 onde há uma seção transversal da barragem de Itá com células de recalques, cabines de leituras, extensômetros múltiplos e eletroníveis. Na instrumentação das células de recalque observa-se que há a mesma preocupação apresentada ao aplicar os medidores de recalques magnéticos, avaliar os deslocamentos em duas regiões, próximo da face de concreto e na parte mais central do enrocamento. Os extensômetros estão instalados em vários níveis para avaliar os deslocamentos, conforme especificado no item Os eletroníveis foram a inovação na época da execução dessa barragem, pois não interferem na praça de trabalho e propiciam maiores pontos de instalação, que garante melhores análises de dados (CAVALCANTE, 1994).

86 68 Figura 3.14 Instrumentação de uma seção da barragem de Itá (WATZKO, 2007) Legenda: CR. Célula de Recalque; CL. Cabine de Leituras; TE. Termômetro Elétrico; EM. Extensômetros Múltiplos; h. Hastes; EN. Eletroníveis. Analisando a seção genérica instrumenta com as seções da barragem de Itá observa-se que há uma coerência entre a disposição dos instrumentos, o que indica que os planos de instrumentações são conservadores, e não se vê na literatura barragens de mesmo tipo estrutural sendo instrumentada destoando de padrões anteriormente aplicados. Isso se dá porque as barragens de mesmo tipo estrutural são incialmente entendidas como estruturas que apresentam o mesmo comportamento, quanto a tensões e deformações. Mas como uma barragem é um conjunto complexo de variáveis sempre há pontos específicos em cada barragem a serem instrumentos, sendo que esses pontos não descaracterizam a instrumentação mais tradicional, ou seja, baseada em experiências anteriores. Comparações entre os instrumentos da seção generalista da Figura 3.11 com os instrumentos das seções da barragem de Itá são apresentadas a seguir: Na seção generalista foram instalados medidores triortogonais para monitoramento das juntas entre as placas de concreto da face. Nas seções da barragem de Itá não foi indicado tal instrumento; Em ambos os casos os medidores de recalques foram instalados verticalmente em duas regiões, um na região do material de suporte da face (mais a montante) e o outro variou a localização em cada caso. Na seção generalista o segundo medidor de recalque foi instalado bem caracteristicamente no enrocamento de jusante, afastando-se um pouco do centro da seção transversal, mas nas seções da barragem de Itá sua instalação ocorreu na região central;

87 69 Os extensômetros em ambos os casos foram instalados conjuntamente com as células de recalques em vários níveis, indo da face de montante à face de jusante, onde se faz as leituras; As células de recalques seguem o mesmo padrão de instalação em ambos os casos, instaladas da face de montante à face de jusante em vários níveis; Os marcos superficiais foram apresentados (na seção generalista) instalados na superfície de jusante, porém nas seções da barragem de Itá não se vê esse instrumento. Por não ter um plano completo de instrumentação não dá para afirmar que esse tipo de instrumento não foi instalado, é possível que esses instrumentos tenham sido representados apenas em planta; Tanto no esquema generalista como nas seções da barragem de Itá foram instalados eletroníveis na face de montante em vários níveis Barragem Machadinho A barragem principal da UHE Machadinho está localizada no rio Pelotas e tem eixo retilíneo de 673 m com uma altura máxima de 125 m, sendo que a região de implantação da barragem está entre os estados do Rio Grande do Sul e Santa Catarina. Ela é uma barragem de enrocamento com face de concreto (GOULART, 2003). Como já foi dito a instrumentação está ligada ao modelo de zoneamento adotado, que neste caso é o mesmo da barragem de Itá. A Figura 3.15 demonstra os instrumentos para uma seção transversal da barragem.

88 70 Figura 3.15 Instrumentação de uma seção da barragem de Machadinho (WATZKO, 2007) Legenda: CR. Célula de Recalque; CL. Cabine de Leitura; MS. Marco Superficial; MM. Medidor Magnético de Recalque; h. Medidor de deslocamento Horizontal; EN. Eletroníveis. Notoriamente observam-se as semelhanças entre a instrumentação da seção transversal da barragem de Manchadinho com a instrumentação da seção generalista da Figura 3.11, onde: Medidores triortogonais só aparecem na seção generalista. Na seção instrumentada da barragem de Machadinho não foram indicados esses instrumentos. Provavelmente esse tipo de instrumento está representado em planta ou detalhes do projeto, como não há um projeto completo da barragem não foi possível identificar tal instrumento; Os medidores de recalques foram instalados, em ambos os casos, com dois instrumentos instalados verticalmente em duas regiões. Na região do material de suporte da face (mais a montante) tanto na seção generalista como na seção da barragem de Machadinho há o instrumento, mas o outro medidor de recalque foi instalado na seção generalista no enrocamento de jusante enquanto que na seção da barragem de Machadinho ele foi instalado bem na região central da seção; Os extensômetros em ambos os casos foram instalados conjuntamente com as células de recalques em vários níveis, indo da face de montante à face de jusante, onde se faz as leituras; As células de recalques seguem o mesmo padrão de instalação em ambos os casos, instaladas da face de montante à face de jusante em vários níveis;

89 71 Os marcos superficiais foram apresentados (no esquema generalista) instalados na superfície de jusante, porém na seção da barragem de Machadinho não há tal instrumento. Muito provável esse tipo de instrumento não foi representado em seções transversais, e sim em planta, como não se tem uma informação completa da instrumentação da barragem não foi possível identificá-lo; Tanto no esquema generalista como nas seções da barragem de Machadinho foram instalados eletroníveis na face de montante em vários níveis. Nos dois casos estudados, as barragens BEFC da UHE de Itá e da UHE de Machadinho, observou-se um programa de instrumentação, nas seções transversais, bem característico ao apresentado na seção generalista. Nessas instrumentações os tipos de instrumentos são os mesmo e a disposição dos instrumentos variam muito pouco. Apenas com relação ao quantitativo de instrumentos não foi possível uma boa comparação com a seção genérica, pois devem ser levados em considerações as dimensões da barragem, a quantidade de seções transversais instrumentadas e quais são os objetivos do plano de instrumentação. 3.3 INSTRUMENTAÇÃO DE BARRAGENS DE ENROCAMENTO COM NÚCLEO DE CONCRETO ASFÁLTICO (BENCA) Em relação à tecnologia de concreto asfáltico como impermeabilizante em núcleo no interior de barragens, as referências bibliográficas são escassas e a maioria está em posse das empresas que executam esse tipo de tecnologia, que atualmente são poucas no mundo. Saxegaard (2009) cita que só a empresa Kolo Veiddeke esteve envolvida em 21 construções de barragens de enrocamento com núcleo de concreto asfáltico em Uma das barragens cuja construtora foi responsável pelo núcleo asfáltico é a barragem principal da UHE Foz do Chapecó, a qual teve início das obras em dezembro de 2009 e término em abril de 2010 (GUIMARÃES, 2012). Devido ao atual contexto de poucas referências na literatura sobre instrumentação de barragens (BENCA), será acrescentado apenas o plano de instrumentação da barragem do rio Torno em Portugal, o qual está bem documentado na literatura portuguesa, pela Universidade Técnica de Lisboa, através dos estudos de Faustino (2009), cujo título sugere a necessidade de

90 72 se levantar bibliografias relativa a essa tecnologia: Uma Contribuição para a Divulgação das Barragens de Enrocamento com Cortina Interior de Betão 1 Betuminoso em Portugal Barragem do Rio Torno em Portugal A barragem do rio Torno encontra-se na região norte de Portugal no concelho de Vila Pouca de Aguiar, distrito de Vila Real. A concepção estrutural da obra se deu levando-se em consideração as condições heterogêneas da fundação e as condições climáticas da região (com elevada pluviosidade, elevadas temperaturas no verão, e baixas temperaturas no inverno). No entanto, o fator preponderante para adoção da estrutura foi a escassez de solos finos, sem contar com a economia sugerida por Hoeg (1993), o qual sugere que, mesmo em uma região com solos finos, o custo de uma estrutura com núcleo de concreto asfáltico poderá ser mais atrativo (FAUSTINO, 2009). A barragem é de enrocamento com núcleo de concreto asfáltico vertical que garante sua estanqueidade, possui altura máxima de 32 m e uma largura de coroamento de 7 m. O perfil típico da barragem pode ser visto na Figura Figura 3.16 Seção típica da barragem Rio Torno (FAUSTINO, 2009) Legenda: 1. Núcleo de concreto asfáltico; 2. Material granular selecionado (0,2 a 60 mm); 3. Enrocamento selecionado de transição (1,5 a 180 mm); 4. Enrocamento de granulometria extensa (Dmáx = 400 mm, %finos < 8%); 5. Enrocamento selecionado (Dmáx = 600 mm, %finos < 5%); 6. Enrocamento de proteção do paramento de montante (Dmáx = 600 mm); 7. Enrocamento de proteção do paramento de jusante (Dmáx = 600 mm). 1 Tradução para o português brasileiro: concreto.

91 73 O programa de instrumentação da barragem principal da UHE Rio Torno foi elaborado com o objetivo de conhecer pormenorizadamente o comportamento da obra, principalmente o do núcleo asfáltico, e para isso foram instalados alguns instrumentos juntos a ele. Faustino (2009) relata que, como foi a primeira vez que se instaram instrumentos relacionados ao núcleo de concreto asfáltico no país, houve a necessidade de inovações e aprendizagens. Esse programa de instrumentação pode ser visto pelas Figuras 3.17 e 3.18, que em planta apresentam os perfis transversais de observação e em corte apresenta a mais alta seção transversal (perfil 5) com a localização dos instrumentos. As Figuras 3.16 a 3.18 encontram-se também no Anexo B conforme demonstrado nos estudos de Faustino Figura 3.17 Localização em planta das seções transversais de observação da barragem Rio Torno (FAUSTINO, 2009)

92 74 Figura 3.18 Localização dos instrumentos na seção transversal P5 da barragem Rio Torno (FAUSTINO, 2009) Os marcos superficiais foram instalados no coroamento, no sentido montante jusante, em todos os perfis de instrumentação totalizando 19 marcos. Os piezômetros hidráulicos foram instalados em 4 perfis de instrumentação, a montante e a jusante do núcleo, sendo que nos perfis 4, 5 e 6 também foram instalados 3 piezômetros na berma. No total foram 11 furos. Os instrumentos para medição dos deslocamentos verticais estão instalados na transição (material 3) nos perfis 4, 5 e 6, totalizando 6 baterias composta por medidores de recalques. Ainda nestes perfis foram instalados células de pressão total dispostas na transição (materiais 2 e 3), totalizando 48 células, extensômetros lineares no maciço de jusante em três níveis, num total de 9, e ainda extensômetros no interior da metade de jusante do núcleo, total 9. A instrumentação dessa barragem foi realizada com objetivos relacionados à segurança e também relacionados a estudos e pesquisas, fato que implica em aplicar mais instrumentos de modo a melhorar as análises de seu comportamento. Observou-se que a barragem está dividida em sete seções transversais (uma quantidade maior que o convencional para as suas dimensões) e que o número de equipamentos é bem expressivo. Alguns aspectos levados em consideração para instalação dos instrumentos foram observados através do seu plano de instrumentação. A instalação de extensômetros junto ao núcleo provavelmente foi para verificar as deformações transversais do mesmo, devido ao fato de tais deformações influenciarem diretamente em sua permeabilidade. As instalações das células de pressão total nas transições de montante e de jusante em quatro níveis diferentes, provavelmente, são para quantificar as tensões entre o núcleo e as zonas de transição e entre as transições e o enrocamento, uma vez que nas interfaces entre esses materiais podem ocorrer cisalhamentos

93 75 devido ao comportamento específico de cada material. Outra observação importante são os deslocamentos verticais e horizontais que podem ocorrer nas transições das barragens BENCA devido ao fato de a compactação da transição ser conjunta com a aplicação do núcleo e sem aplicação de água, provavelmente pela água provocar algum efeito negativo no núcleo de concreto asfáltico. Para monitorar os deslocamentos das transições foram instalados medidores de recalques e extensômetros. 3.4 COMPARAÇÃO ENTRE AS INSTRUMENTAÇÕES DAS BARRAGENS BENA, BEFC COM A BENCA As barragens de enrocamento são estruturas que necessitam de um elemento de vedação devido à alta permeabilidade do enrocamento. Há duas categorias de barragens, as de enrocamento com elemento de vedação a montante (BEVM) e as com elemento de vedação central (BEVC). Cada uma dessas configurações necessita de uma disposição diferente do material do maciço (zoneamento), visto que nas barragens BEVM o elemento vedante pode ser uma laje de concreto, de concreto asfáltico, de madeira ou metálica, e nas barragens BEVC, o elemento vedante pode ser um núcleo de argila ou de material asfáltico. Nas BEVM há a necessidade de um zoneamento onde o enrocamento de suporte do elemento vedante, sendo este bem mais rígido que os demais materiais, deverá sofrer a menor deformação possível para que não comprometa a estanqueidade da barragem, por surgimento de trincas ou aberturas nas juntas da face a montante. O enrocamento na parte jusante exerce a maior função de suporte das cargas hidráulicas garantindo a estabilidade do maciço, e o centro do aterro deverá ser preenchido com material adequado conforme as dimensões da estrutura e as tensões previstas, isso para que haja um controle das deformações e uma elevada resistência ao cisalhamento (CRUZ, 1996) e (PINTO, 1991). Analisando a instrumentação das barragens BEFC apresentadas anteriormente, observase nos dois casos uma preocupação em monitorar bem os deslocamentos verticais e horizontais, principalmente no enrocamento de suporte da face de montante, região esta que contém mais instrumentos, e na placa de concreto utilizando eletroníveis e outros. Segundo Silveira e Sayão (2004) apud Affonso (2004), não é necessário utilizar piezômetros no maciço, pois ele não gera excesso de poropressões. Nas BEVC a configuração do zoneamento muda, passa-se a ter um núcleo central de material mais fino e homogêneo ou material betuminoso que tem como materiais adjacentes as camadas de transição, das quais a camada de contato com o núcleo deve receber material

94 76 de granulometria ligeiramente maior que a do núcleo. Uma ou mais camada de transição deverá existir entre a primeira transição e o enrocamento. Esse aumento sequenciado de granulometria é necessário para garantir um bom contato entre as camadas e também minimizar a diferença de comportamento quando submetidas a grandes esforços. Para as barragens BENA apresentadas nos itens e 3.1.2, foi demonstrado que há uma padronização da instrumentação, para isso apresentou-se uma seção generalista instrumentada e a comparou com as seções instrumentadas de duas barragens. Viu-se que nessas estruturas as grandezas medidas são as mesmas, salvo as particularidades de cada empreendimento como, por exemplo, a necessidade de instrumentar a ombreira esquerda da UHE São Simão com piezômetros, medidores de recalques, medidores de NA e medidores de vazão em função de infiltrações que ali ocorriam. As barragens BENCA são um dos tipos de BEVC devido ao seu núcleo central, sendo este construído por concreto asfáltico. Essas barragens tem um zoneamento bem parecido com o zoneamento das barragens BENA, a diferença é que o núcleo asfáltico é mais esbelto, pois apresenta permeabilidade bem abaixo do núcleo argiloso. Nelas há dois paramentos de enrocamentos e uma região central com materiais de transição e o próprio núcleo asfáltico. Para esse tipo de barragem não foi realizado uma comparação com seções típicas devido à falta de literaturas, mas com base nos modelos de instrumentação apresentados nos itens 2.3.1, e pode-se observar que a instrumentação está relacionada ao monitoramento dos deslocamentos, das deformações e das tensões e, principalmente no comportamento do núcleo e dos materiais adjacentes a ele, pois esses pontos são os mais instrumentados. Os Quadros 3.6, 3.7, 3.8, 3.9 e 3.10 apresentam os resumos dos planos de instrumentações das barragens citadas neste capítulo contendo indicação das seções instrumentadas, posição de instalação, objetivo, quantidades e algumas observações. Ao verificar a instrumentação das barragens de mesmo tipo fica bem evidente que a forma de instrumentar, as grandezas medidas (objetivo) e as localizações dos instrumentos dentro das seções transversais de instrumentação não variam muito.

95 77 Quadro 3.6 Resumo do plano de instrumentação da barragem BENA da UHE de São Simão Barragem São Simão (BENA) Seção Instrumento Loc. em seção transversal Objetivo Quant Obs. 4 fixados na rocha abaixo da ensecadeira Avaliar as Piezômetro de jusante e 2 na poropressões e camada de aluvião fluxo d'água na 6 - subjacente ao aterro da fundação ensecadeira Seção 6 de instrumentação, estaca 2+500,0 Seção 7 de instrumentação, estaca 2+460,0 Seção 8 de instrumentação, estaca 2+410,0 Seção 8A de instrumentação, estaca 2+325,0 Medidor de recalque IPT Caixa sueca Piezômetro Caixa sueca Piezômetro tipo Hall Piezômetro Casagrande Caixa sueca Inclinômetro Inclinômetro Cascalho de terraço Horizontalmente do cascalho de terraço ao enrocamento de jusante, com cabine de leitura no paramento de jusante Tapete drenante no talude de jusante Horizontalmente do cascalho de terraço ao enrocamento de jusante, com cabine de leitura no paramento de jusante Horizontalmente na rocha de fundação, passando pela cortina de injeção. No núcleo argila e cascalho de terraço Rocha do derrame 2 e tapete drenante de enrocamento Horizontalmente do cascalho de terraço ao enrocamento de jusante, com cabine de leitura no paramento de jusante Verticalmente nas zonas do cascalho de terraço Verticalmente nas zonas do cascalho de terraço Verificar os deslocamento verticais Medir os recalques relativos Avaliar as poropressões e fluxo d'água na fundação Medir os recalques relativos Avaliar as poropressões e fluxo d'água na fundação Avaliar as poropressões e fluxo d'água na fundação Verificar os deslocamento verticais e horizontais Medir recalques e deslocamentos verticais e horizontais Medir recalques e deslocamentos verticais e horizontais Seção no leito do rio 1 -

96 78 Seção Estacas 5, 12 e 18 Estaca Estacas 5, 12 e 18 Estaca Quadro 3.7 Resumo do plano de instrumentação da barragem BENA da UHE de Itaúba Barragem de Itaúba (BENA) Instrumento Loc. em seção transversal Objetivo Quant. Obs. Fundação, contato entre Medir poropressão na Piezômetro fundação e fundação e no maciço, pneumático maciço, e verificar colmatação 32 - transição e do filtro núcleo de argila Célula de pressão total Piezômetro Casagrande Medidor de vazão Inclinômetro Caixa sueca Medidor de recalque KM Marcos de deslocamento superficial Contato entre fundação e maciço no leito do rio, contato entre galeria e o núcleo, núcleo e transições Crista da barragem à montante, ombreiras e pé à jusante À jusante da barragem Núcleo e filtro a montante, enrocamento de jusante Enrocamento de montante, núcleo e enrocamento de jusante Núcleo, filtro e transições Superfície de jusante Na galeria, verificar o comportamento da estrutura em arco, submetido a empuxo confinado. Na fundação e maciço, verificar as tensões. Nos instalados nas ombreiras e pé, verificar a eficiência da drenagem através dos poços de areia. Na crista à montante, controlar a estabilidade do talude de montante no período construtivo Controle de percolação através dos poços de alívio e filtro Medir deformações horizontais e verticais das seções Medir os recalques relativos Medir o recalque na seção de maior altura da barragem Medir deslocamentos superficiais horizontais e verticais Distribuídos em 12 pontos distintos da barragem Localizado nas bermas 180, 160, 140 e 120

97 79 Quadro 3.8 Resumo do plano de instrumentação da barragem BEFC da UHE de Itá Barragem de Itá (BEFC) Seção Instrumento Loc. em seção transversal Objetivo Quant. Obs. Estacas 41+8,19 Enrocamento de Medidor de Medir montante e recalque deslocamentos enrocamento da magnético verticais região central 2 - Estacas 20 Medidor de Medir Enrocamento da recalque deslocamentos região central magnético verticais Caixa sueca - - Extensômetro múltiplo Termômetro elétrico - Eletronível Horizontalmente da face de montante à face de jusante, com cabine de leitura no paramento de jusante, nos níveis 272,0, 299,5, 326,0 e 351,5 Mesma posição das caixas suecas Face de concreto à montante, nas cotas 257,0, 285,0, 317,0, 344,0 e 382,0 Face de concreto à montante, em diversos níveis Medir os recalques relativos Medir deslocamentos horizontais Medir temperatura Verificar movimentos angulares da face de concreto Posição da seção instrumentada não informada. Não foi apresentado o quantitativo total dos instrumentos. Quadro 3.9 Resumo do plano de instrumentação da barragem BEFC da UHE de Machadinho Barragem de Machadinho (BEFC) Loc. em seção Seção Instrumento Objetivo Quant. Obs. transversal Enrocamento de Medidor de Medir montante e recalques deslocamentos 3 enrocamento da região magnéticos verticais central Estaca 20 Caixa sueca Extensômetro múltiplo Marcos de deslocamento superficial Eletronível Horizontalmente da face de montante à face de jusante, com cabine de leitura no paramento de jusante, nos níveis 299,5, 326,0 e 351,5 Mesma posição das caixas suecas Crista da barragem Face de concreto à montante, em diversos níveis Medir os recalques relativos Medir deslocamentos horizontais Medir deslocamentos superficiais horizontais e verticais Verificar movimentos angulares da face de concreto Não foi apresentado o quantitativo total dos instrumentos

98 80 Quadro 3.10 Resumo do plano de instrumentação da barragem BENCA da UHE do Rio Torno Portugal Barragem do Rio Torno (BENCA) Loc. em seção Seção Instrumento Objetivo Quant. Obs. transversal Seção P1 Seção P2 Seção P3 Seção P4, P5 e P6 Marcos de deslocamento superficial Marcos de deslocamento superficial Piezômetro Marcos de deslocamento superficial Piezômetro Marcos de deslocamento superficial Extensômetro Célula de pressão total Célula de pressão total Medidor de recalque Extensômetro Medidor de vazão Crista da barragem Crista da barragem Transição à montante e à jusante do núcleo (material tipo 3) Crista da barragem Transição à montante e à jusante do núcleo e berma de jusante (material tipo 3) Crista da barragem e berma de jusante Horizontalmente da face de jusante até a faixa da transição (material tipo 3), nos níveis 865,0, 870,0 e 875,0 À montante do núcleo (materiais tipo 2 e 3) À jusante do núcleo (materiais tipo 2 e 3) À jusante e à montante do núcleo (material tipo 3) Interior do núcleo, na metade à jusante, nos níveis 865,0, 870,0 e 875,0 À jusante da barragem Medir deslocamentos superficiais horizontais e verticais Medir deslocamentos superficiais horizontais e verticais Avaliar as poropressões e fluxo d'água na fundação Medir deslocamentos superficiais horizontais e verticais Avaliar as poropressões e fluxo d'água na fundação Medir deslocamentos superficiais horizontais e verticais Medir deslocamentos horizontais Verificar as tensões totais Verificar as tensões totais Medir deslocamentos verticais Medir deslocamentos horizontais Medir as vazões percoladas pelo corpo do aterro e fundação Quantidades por cada seção Algumas comparações podem ser realizadas entre as barragens apresentadas neste capítulo, primeiro compara-se a instrumentação da barragem do Rio Torno (BENCA) com a instrumentação das barragens BENA. Com relação aos tipos de instrumentos e posições de instalação pode se dizer que:

99 81 Ambas possuem um zoneamento parecido devido ao núcleo central, fator este que contribui para uma distribuição parecida dos instrumentos nas seções transversais; Nas barragens BENA observa-se a instalação de células de pressão total, piezômetros, inclinômetros verticais e caixas suecas no interior do núcleo. Já nas barragens BENCA há poucos instrumentos inseridos no núcleo devido à sua esbeltez e ao fato de gerar uma zona de possível percolação, porém na barragem Dhunn, excepcionalmente, foram instalados extensômetros e placas magnéticas junto ao núcleo e executou-se um poço de acesso aos instrumentos. Esse tipo de instrumentação não é comum e foi utilizada nessa barragem para conhecer melhor o comportamento do núcleo asfáltico. Os processos executivos desses instrumentos podem ser visto nas Figuras 2.39, 2.40 e 2.41; Nas barragens BENA utilizam-se células de recalques no enrocamento, porém nas barragens BENCA não se viu esse tipo de instrumento; Os extensômetros e medidores de recalques estão presentes em ambas, sendo que suas localizações são na parte mais central da seção transversal (transições e núcleo); Os inclinômetros estão presentes apenas nas barragens BENA; Os piezômetros são mais utilizados nas barragens BENA, e nas barragens BENCA suas aplicações são nas fundações e nas transições, pois com eles é possível avaliar o comportamento do fluxo de água através da fundação e verificar as poropressões nas transições; Os marcos superficiais estão presentes em todas as barragens, pois são extremamente importantes na avaliação do comportamento superficial do maciço; As células de pressão total são utilizadas em ambas as barragens. Observação para a barragem de São Simão que não apresentou esse tipo de instrumento em sua barragem BENA. Tal fato não foi relatado nos estudos do autor. Referente ao quantitativo de instrumentos é importante avaliar as dimensões de cada barragem e depois compará-los, assim observa-se que: A barragem do Rio Torno possui aproximadamente 320 m de comprimento, altura máxima de 32 m e uma divisão da instrumentação em 7 seções transversais, 6 medidores de recalques, 48 células de pressão total, 9 extensômetros no enrocamento, 9 extensômetros inseridos na metade a jusante do núcleo, 19 marcos superficiais, 11 piezômetros e não possui caixa sueca e inclinômetro; A barragem de São Simão possui 665 m de comprimento, altura máxima de 127 m e uma divisão da instrumentação em 4 seções transversais possui 3 medidores de

100 82 recalque, não possui células de pressão total, não possui extensômetros, 19 marcos superficiais, 27 piezômetros, 12 caixas suecas e 2 inclinômetros; A barragem de Itaúba possui 385 m de comprimento, altura máxima de 82 m e uma divisão da instrumentação em 4 seções transversais possui 1 medidor de recalque, 17 células de pressão total, não possui extensômetro, 15 marcos superficiais, 49 piezômetros, 13 caixas suecas e 5 inclinômetros; Observa-se que a barragem do rio Torno, mesmo sendo de dimensões bem menores em relação à barragem São Simão e um pouco menos extensa do que a barragem de Itaúba, porém com menos da metade de sua altura, foi dividida em mais seções transversais e possui um total de 102 instrumentos, maior quantidade do que a barragem de São Simão com 63 e do que a barragem de Itaúba com 100. Compara-se a instrumentação da barragem BENCA do Rio Torno com a instrumentação das barragens BEFC. Com relação aos tipos de instrumentos e posições de instalação pode se dizer que: Elas possuem zoneamentos diferentes por terem o elemento vedante em posições distintas, isso faz com que a distribuição dos instrumentos nas seções transversais apresente configurações bem diferentes; Nas barragens BEFC há a preocupação com a face de concreto, e os instrumentos estão mais aglomerados nessa região; Nelas as células de recalques são instaladas ao longo de todo o maciço, indo da face de montante até a face de jusante, e o seu uso é bem predominante para esse tipo de estrutura; Os extensômetros são instalados em ambas, mas nas BEFC eles são instalados da face de montante até a face de jusante; Não foram instalados inclinômetros em ambas; Não foram utilizados piezômetros nas BEFC devido ao enrocamento não gerar elevadas poropressões, pois possuem material de maior granulometria; Não foram utilizados células de pressão total nas BEFC. O que se viu nas literaturas e nos planos de instrumentações foi a não utilização de células de pressão total devido ao fato de se executar maciços precavendo a ocorrência de excessos de pressões, principalmente nas interfaces entre os diferentes materiais do maciço. Observação para a instalação de células de pressão total em regiões de contato entre o maciço e as estruturas de concreto e na região das ombreiras. Como nas barragens estudadas não

101 83 foram apresentados os planos de instrumentações completos, não se viu a instrumentação dessas regiões. Como já foi dito, para se comparar o quantitativo de instrumentos é importante avaliar as dimensões de cada barragem e depois compará-los, logo: A barragem de Itá possui 880 m de comprimento, altura máxima de 125 m e possui 3 medidores de recalque, não possui células de pressão, 4 extensômetros, não possui piezômetros, 16 caixas suecas, não possui inclinômetros, e possui dois instrumentos não utilizados nas outras barragens, o eletronível e o termômetro. Além da diferença dos modelos de instrumentações, que não propiciam uma boa comparação, ainda não há informações suficientes para uma boa comparação entre esses dois tipos de barragens, quer seja por tipo e localização dos instrumentos ou por quantificação.

102 84 4 ESTUDO DE CASO DA UHE FOZ DO CHAPECÓ PARA COMPARAR SUA INSTRUMENTAÇÃO COM OS INSTRUMENTOS DE BARRAGENS BENCA Nos capítulos anteriores foram apresentadas as barragens Storvant, Dhunn e Rio Torno, ambas de enrocamento com núcleo de concreto asfáltico, que terão suas instrumentações comparadas com a instrumentação da barragem principal da UHE Foz do Chapecó. Para isso, faz-se um estudo de caso dos instrumentos instalados na barragem principal da UHE Foz do Chapecó através de seus projetos de instrumentação. 4.1 A BARRAGEM DE FOZ DO CHAPECÓ A Usina Hidrelétrica Foz do Chapecó está localizada no Rio Uruguai na divisa dos estados de Santa Catarina, divisa dos municípios de São Carlos e Águas de Chapecó,com o Rio Grande do Sul, município de Alpestre, como pode ser observado na Figura 4.1. Figura 4.1 Localização da UHE Foz do Chapecó (GUIMARÃES, 2012) Sem escala A barragem principal da UHE Foz do Chapecó foi definida inicialmente, através de estudos de viabilidade, como uma barragem de concreto compactado com rolo (CCR). Como uma barragem de enrocamento com núcleo impermeável pode propiciar economia ao empreendimento, quando há disponibilidade de materiais rochosos das escavações

103 85 obrigatórias, no projeto básico definiu-se utilizar esse tipo de barragem. Alguns problemas surgiram ao se tomar tal decisão, pois as condições climáticas eram desfavoráveis à execução de obras de terra, devido ao longo período chuvoso. Isso inviabilizou a aplicação do núcleo argiloso, que necessitaria de maior estiagem durante o ano, ou aplicação da argila acima da umidade ótima. Da dificuldade em executar o núcleo argiloso e o curto período previsto no cronograma surgiu a oportunidade de aplicar uma inédita estrutura em barragem no país, o núcleo de concreto asfáltico para barragem de enrocamento (GUIMARÃES, 2011). O complexo é constituído por uma barragem de fechamento de enrocamento com núcleo de argila na margem direita com altura média de 8,0 m, comprimento de crista de 150,0 m, volume de m³ e cota de coroamento de 268,0 m, vertedouro e estruturas do circuito de geração e barragem principal de enrocamento com núcleo de concreto asfáltico com altura máxima de 48,10 m, comprimento de crista de 548,0 m, volume de ,0 m³, volume do núcleo de ,0 m³ e cota de coroamento de 267,20 m³ (GUIMARÃES, 2012). A Figura 4.2 apresenta uma vista aérea do empreendimento. Figura 4.2 Vista aérea da UHE Foz do Chapecó (RODRIGUES, 2011) Para o empreendimento foi necessário realizar o estudo geológico da região, no qual se verificou que há derrames vulcânicos (Formação Serra Geral) na região sul da bacia do Paraná. A região é constituída por um pacote de rochas sedimentares da formação Botucatu,

104 86 recobertas por uma sequência vulcânica de natureza basáltica com espessura de aproximadamente 500 a 600 m. Na área do empreendimento foram detectados quatro derrames basálticos dispostos subhorizontalmente com mergulho da ordem de 0,5 para o quadrante oeste, denominados sequencialmente, do topo para a base, de derrames B, C, D, E. A fundação da barragem principal foi assente sobre o derrame E no leito do rio e na ombreira esquerda, e foi definida após sondagens rotativas que indicaram boas características geomecânicas da rocha de fundação. A Figura 4.3 mostra a seção longitudinal da geologia de fundação da barragem (GUIMARÃES, 2012). Figura 4.3 Seção longitudinal da fundação da barragem principal (GUIMARÃES, 2012) A Figura 4.4 apresenta uma seção transversal da barragem principal, sendo ela composta por enrocamento, transições e núcleo asfáltico central. Na parte adjacente ao núcleo encontra-se a zona de transição formada por dois materiais dispostos sequencialmente à montante e jusante: Transição Fina (diâmetro máximo igual a 75 mm e espessura igual ao núcleo), Transição Grossa (diâmetro máximo igual a 200 mm e espessura igual a 50 cm cerca de 2 espessuras do núcleo). O Enrocamento é composto por Enrocamento Fino (diâmetro máximo e espessura igual a 50 cm) e Enrocamento Grosso na zona externa dos taludes (diâmetro máximo e espessura igual a 100 cm), e o núcleo asfáltico tem 55 cm de largura. O maciço de enrocamento tem taludes com inclinação 1V:1,4H e tem os taludes externos conformados por uma camada final de rip-rap (GUIMARÃES, 2012).

105 87 Figura 4.4 Seção transversal da barragem principal (RODRIGUES, 2011) Legenda: 1. Núcleo com concreto asfáltico; 2. Transição fina; 3. Transição grossa; 4. Enrocamento fino; 5. Enrocamento grosso Instrumentação Geotécnica da Barragem Principal da UHE Foz do Chapecó A instrumentação geotécnica da barragem principal da UHE Foz do Chapecó inclui 69 marcos de superfície, 3 inclinômetros, 6 células de pressão total, 9 medidores de recalques magnéticos e 1 painel de leitura, que foram distribuídos ao longo de toda a extensão da barragem em 7 seções transversais instrumentadas, A, B, C, D, E, F e G. Os instrumentos estão distribuídos entre as seções instrumentadas em: Seção A contém 9 marcos superficiais; Seção B contém 1 célula de pressão total (CP-B), 1 inclinômetro (IN-B), 10 marcos superficiais e 3 medidores de recalque (MM-B1, B2 e B3); Seção C contém 10 marcos superficiais; Seção D contém 1 célula de pressão total (CP-D), 1 inclinômetro (IN-D), 10 marcos superficiais e 3 medidores de recalque (MM-D1, D2 e D3); Seção E contém 10 marcos superficiais; Seção F contém 2 célula de pressão total (CP-F), 1 inclinômetro (IN-F), 10 marcos superficiais e 3 medidores de recalque (MM-F1, F2 e F3); Seção G contém 10 marcos superficiais; Observação para duas células de pressão total instaladas no plinto próximo ao vertedouro, CP-V1 que foi instalada na estaca ,70 com afastamento de 0,880 m do eixo da barragem e a CP-V2 instalada na estaca ,80 com afastamento de 0,775 m.

106 88 No Quadro 4.1 constam as legendas e o quantitativo dos instrumentos instalados na barragem principal, na Figura 4.5 apresenta-se em planta sua instrumentação indicando as seções transversais instrumentadas e na Figura 4.6 está a seção transversal típica de instrumentação (ELETROBRÁS, 2014). As Figuras 4.3, 4.5 e 4.6 encontram-se também no Anexo C. Quadro 4.1 Legenda e quantitativo dos instrumentos instalados na barragem principal da UHE Foz do Chapecó (modificado - ELETROBRÁS, 2014)

107 Figura 4.5 Planta da barragem principal instrumentada (modificado - ELETROBRÁS, 2014) 89

108 Figura 4.6 Seção transversal típica de instrumentação da barragem principal (modificado - ELETROBRÁS, 2014) 90

109 91 Os detalhes indicados na seção típica estão nas Figuras 4.7 e 4.8, as quais representam as instalações dos marcos superficiais e das células de pressão total respectivamente. Figura 4.7 Detalhes dos marcos superficiais na seção típica da barragem principal (modificado - ELETROBRÁS, 2014) Figura 4.8 Detalhes das células de pressão total na seção típica da barragem principal (modificado - ELETROBRÁS, 2014) Outro detalhe de projeto das células de pressão total está apresentado na Figura 4.9 onde são instaladas células nas interfaces concreto (vertedouro) e enrocamento. Os detalhes dos medidores de recalques estão apresentados nas Figuras 4.10, 4.11 e 4.12.

110 92 Figura 4.9 Células de pressão total na interface concreto (vertedouro) e enrocamento (ELETROBRÁS, 2014) Figura 4.10 Abrigo para leitura dos medidores de recalques da barragem principal (ELETROBRÁS, 2014) Figura 4.11 Instalação dos medidores de recalques magnéticos na barragem principal (ELETROBRÁS, 2014)

111 93 Figura 4.12 Instalação dos medidores de recalques magnéticos da barragem principal (modificado - ELETROBRÁS, 2014) 4.2 COMPARAÇÕES Algumas comparações podem ser realizadas com as instrumentações das barragens apresentadas e a revisão bibliográfica concluída. Os parâmetros propostos na revisão bibliográfica e os planos de instrumentações das barragens BENCA demonstram como essas barragens têm sido instrumentadas. Com base nessas informações, apresenta-se na Tabela 4.1 e no Quadro 4.2 a comparação do plano de instrumentação da barragem principal da UHE Foz do Chapecó com os planos de instrumentações das barragens BENCA apresentadas.

112 94 Dados Tabela 4.1 Comparação da instrumentação das barragens BENCA (Dimensões/Quantitativo) UHE Foz Chapecó (Brasil) Storvant (Noruega) Duhnn (Alemanha) Rio Torno (Portugal) Altura Máxima (m) 48,1 90,0 58,0 32,0 Comp. da Crista (m) 548, ,0 400,0 262,5 Volume do Maciço (m³) , , , ,0 Volume do Núcleo (m³) , , , ,0 Seções Transversais instr. 7,0 3,0 Não informado 7,0 Células Pres. Total 6,0 10,0 10,0 48,0 Extensômetros 0,0 28,0 5,0 9,0 Inclinômetros 3,0 12,0 Não informado 0,0 Marcos Superficiais 69,0 284,0 Não informado 19,0 Medidor Recalque 9,0 Não informado Não informado 6,0 Medidor Vazão 0,0 Não informado Não informado 0,0 Piezômetros 0,0 Não informado Não informado 11,0 Instrum. do Núcleo 0,0 10,0 5,0 9,0 Total de Instrum. 87,0 354,0 20,0 102,0 Observações - Não há informação de todos os instrumentos da barragem Instrumentos instalados na seção principal da barragem - INSTRUMENTOS Células Pres. Total Extensômetros Quadro 4.2 Comparação da Instrumentação das barragens BENCA (Instrumentos/Variáveis) UHE Foz do Storvant Duhnn VARIÁVEIS Chapecó (Noruega) (Alemanha) (Brasil) Grandeza monitorada Local instalação Objetivo instalação Grandeza monitorada Rio Torno (Portugal) Pressões totais Pressões totais Pressões totais Pressões totais Interface da base do núcleo asfáltico com o plinto e interface concreto do (vertedouro) com o enrocamento. Verificar se as pressões estão acima das consideradas em projeto. Baixas pressões podem gerar percolação. Local instalação - Não informado Medir o stress nos enrocamentos Interface da base do núcleo asfáltico com o plinto, interior do filtro verticalmente e horizontalmente e no enrocamento. Verificar se as pressões estão acima das consideradas em projeto, na base do núcleo e enrocamento. E acompanhar o funcionamento do filtro. Nas transições de montante e jusante nos níveis 865,0; 870,0; 875,0 e 880,0. Verificar as pressões nas proximidades do núcleo (transições). - Deslocamentos Deslocamentos Deslocamentos Ancorados diretamente no núcleo e Ancorados diretamente no núcleo e Ancorados diretamente no núcleo e

113 95 INSTRUMENTOS Inclinômetros Marcos Superficiais Medidor Recalque VARIÁVEIS Objetivo instalação Grandeza monitorada Local instalação Objetivo instalação Grandeza monitorada Local instalação Objetivo instalação Grandeza monitorada Local instalação UHE Foz do Chapecó (Brasil) - Deslocamentos Horizontais No enrocamento fino estacas (33+3,44; 41+4,72; 47+3,633) a 5,75 m jusante. Verificar os deslocamentos no interior do maciço lateral e longitudinal ao eixo da barragem. Deslocamentos Superficiais Nas seções transversais à montante com afastamento médio de 6,0 m e à jusante com afastamentos variando de 6,15 a 55, 70 m. Verificar os recalques superficiais lateral e longitudinal ao eixo da barragem Deslocamentos Verticais No enrocamento fino à montante com Storvant (Noruega) também nos materiais adjacentes. Detectar movimentos relativos entre o núcleo e os materiais adjacentes e detectar deformações no próprio núcleo. Deslocamentos verticais e horizontais Duhnn (Alemanha) também em todo o maciço à jusante. Detectar movimentação do núcleo e dos materiais à sua jusante. Rio Torno (Portugal) também em todo o maciço à jusante Detectar movimentação do núcleo e dos materiais à sua jusante. - - Não informado - - Sem detalhes. - - Deslocamentos Superficiais Não informado - Sem detalhes Deslocamentos Superficiais Crista da barragem e berma de jusante Verificar os deslocamentos superficiais. Deslocamentos Verticais Transição grossa

114 96 INSTRUMENTOS Piezômetros Instrumentação do núcleo VARIÁVEIS Objetivo instalação Grandeza monitorada UHE Foz do Chapecó (Brasil) afastamento de 5,70 m e no enrocamento fino à jusante com afastamentos de 5,70 e 11,30 m Verificar os recalques no interior do maciço, principalmente na região mais próxima do núcleo. Storvant (Noruega) Duhnn (Alemanha) Local instalação Objetivo instalação Grandeza monitorada Local instalação - Objetivo instalação Deformações e movimentos relativos. Núcleo e Transições Deformações no núcleo, deformações relativas entre o núcleo e os materiais adjacentes. Deformações e deslocamentos. Núcleo Medir as variações da espessura e a deformações verticais do núcleo. Rio Torno (Portugal) Verificar os deslocamentos verticais no interior do maciço, principalmente na região mais próxima do núcleo Cota piezométrica Transições grossa à montante e jusante do núcleo Avaliar as poropressões e fluxo d'água na fundação Deslocamentos e deformações Núcleo Medir as deformações do núcleo As informações sobre a instrumentação da barragem Storvant não foram completas. Não se conseguiram informações sobre instalações de medidores de recalques, piezômetros, medidores de vazão e ainda faltou obter imagens da instrumentação em planta, para melhor compreensão da distribuição dos instrumentos na barragem. Dos instrumentos nela instalados (ver Tabela 4.1), observa-se que apenas os extensômetros não foram instalados na barragem principal da UHE Foz do Chapecó. Na Figura 2.30 foi mostrado o plano de instrumentação aplicado ao seu núcleo asfáltico, que teve como objetivo conhecer o comportamento do mesmo. Esse tipo de instrumento não foi aplicado na barragem principal da UHE Foz do Chapecó, pois se optou em instalar inclinômetros nas transições que realizam a função de

115 97 monitorar o comportamento dos materiais próximo ao núcleo. Essa opção foi tomada devido à empresa Kolo Veidekke ter grande experiência em barragens de enrocamento com núcleo de concreto asfáltico, e já conhecer como o núcleo asfáltico tem se comportado. Apesar de a barragem Storvant ter uma altura de aproximadamente duas vezes a altura da barragem principal da UHE Foz do Chapecó e um comprimento de crista quase três vezes maior, ela foi dividida em apenas três seções transversais instrumentadas, enquanto que a barragem principal da UHE Foz do Chapecó foi dividida em sete seções transversais instrumentadas. Com relação às seções instrumentadas, não foi possível realizar uma comparação, pois não se obteve informações sobre a concepção de projeto adotada na barragem Storvant (informação preponderante para se tirar conclusões). A instrumentação demonstrada da barragem Dhunn foi baseada apenas em sua seção transversal de instrumentação principal. Poucas informações relacionadas aos tipos de instrumentos, localização de instalação e quantitativo foram obtidas pelas literaturas estudadas. Não se obteve o plano de instrumentação completo da barragem, o que prejudicou nas tomadas das comparações. É possível então, realizar a comparação apenas da instrumentação no núcleo asfáltico, onde a barragem Dhunn foi a única barragem que apresentou um plano de instrumentação mais complexo em relação ao núcleo asfáltico, pois nele foram instalados hastes para ancoragem de placas magnéticas e extensômetros, e na região de transição instalou-se um poço de acesso para verificação e leitura dos instrumentos instalado no núcleo. Esse programa de instrumentação exclusivo foi realizado para se conhecer o comportamento do núcleo asfáltico. O plano de instrumentação apresentado sobre a barragem do Rio Torno foi o mais completo encontrado nas literaturas. Entretanto, nele ainda faltou o processo construtivo dos extensômetros ligados ao núcleo asfáltico e informações das premissas adotadas no projeto de instrumentação. Durante o estudo de sua instrumentação, foi visto que havia o interesse de executar um plano de instrumentação mais detalhado, devido ao fato dessa barragem ser a primeira barragem com elemento vedante de núcleo de concreto asfáltico executada em Portugal. Os objetivos de sua instrumentação vão além de avaliar sua segurança, havendo interesse em obter informações mais detalhadas do comportamento global da barragem (fato que leva a implantar mais seções transversais instrumentadas) e do comportamento (deformações) do núcleo asfáltico. Ao comparar os instrumentos instalados na barragem do Rio Torno com os instalados na barragem principal da UHE Foz do Chapecó observa-se que os extensômetros e inclinômetros estão instalados apenas na barragem do Rio Torno e na barragem principal da UHE Foz do Chapecó respectivamente. Isso se dá porque tanto os

116 98 extensômetros quanto os inclinômetros medem deslocamentos, e dependendo do objetivo da instalação um tipo pode substituir o outro.

117 99 5 CONCLUSÕES A instrumentação de barragens de enrocamento com núcleo de concreto asfáltico não é um processo simples, mas pode proporcionar, às empresas responsáveis por sua concepção, construção e operação, informações sobre o comportamento da barragem durante todas as fases de sua existência. As instalações dos instrumentos durante a fase de construção da obra requer, muitas vezes, paradas da frente de trabalho e ainda geram interferências indesejáveis, como por exemplo, a necessidade de compactar manualmente os materiais próximos aos instrumentos, fato que provoca um atraso no desenvolvimento da execução da obra. Tal fato é preponderante na determinação dos instrumentos a serem instalados, pois deve ser adequada ao cronograma da obra. Em face às diversas variáveis que influenciam na tomada de decisão de qual será o plano de instrumentação de uma barragem, observou-se que não há regras definitivas que norteiem para um modelo único de instrumentação de barragem de enrocamento com núcleo de concreto asfáltico. Além das variáveis existentes (condições do empreendimento, parâmetros a serem monitorados, campo de variação das medidas, resistência e confiabilidade dos instrumentos escolhidos, quantitativo, localização etc...), ainda levam-se em consideração os objetivos pelos quais será criado o plano de instrumentação, que por vezes pode ir além da necessidade de verificação da segurança da barragem (estudos, pesquisas, instalação de instrumentos para testes etc...). De uma maneira geral, as barragens de enrocamento com núcleo de concreto asfáltico têm sido instrumentadas de modo a avaliar pontos considerados críticos, como os contatos entre o plinto e a base do núcleo asfáltico, as interfaces entre o núcleo e as transições, entre os diversos materiais que compõem o maciço e entre a barragem e os elementos adjacentes a ela. Há ainda a preocupação em avaliar os deslocamentos, as tensões e as deformações na região mais central da barragem (núcleo asfáltico e transições). Isso porque a barragem tem um elemento central esbelto que, ao sofrer deformação transversal, pode alterar seu coeficiente de permeabilidade ou até mesmo provocar seu faturamento, o que poderia elevar a vazão de percolação pelo corpo da barragem ou até levá-la à ruptura. Esforços foram realizados na busca de literaturas (artigos, dissertações, teses, livros, revistas e documentos de projetos) com assuntos relacionados às instrumentações de barragens de enrocamento com núcleo de concreto asfáltico, porém esse assunto não está amplamente divulgado na sociedade científica, e há dificuldade no acesso a arquivos de barragens em operação.

118 100 Observou-se, durante o período de execução deste trabalho, que para realizar boas comparações e conclusões entre planos de instrumentação de barragens de enrocamento com núcleo de concreto asfáltico é necessário ter acesso aos documentos que pormenorizam as decisões de projeto de cada plano e ainda ter estes planos por completo, não apenas partes (seções transversais de instrumentação) como é o caso da maioria das literaturas que se conseguiu encontrar. Para boas comparações entre os tipos de instrumentos utilizados nas barragens de enrocamento com núcleo de concreto asfáltico, quanto a seus modelos e seus princípios de funcionamento, seria necessário obter as informações detalhadas de cada instrumento instalado em cada barragem. Isso só é possível de posse dos relatórios de instrumentações, relatórios técnicos e outros relatórios de projeto dessas barragens. A instrumentação realizada na barragem principal da UHE Foz do Chapecó, quando comparada com as premissas apresentadas na revisão bibliográfica, se mostra coerente, pois os instrumentos foram distribuídos em seções transversais bem espaçadas ao longo do seu eixo longitudinal, e se localizam nas regiões de possíveis fraquezas desse tipo de barragem. Ao analisar a sua instrumentação, comparando-a com as instrumentações das outras barragens de enrocamento com núcleo de concreto asfáltico, verifica-se que, com relação à instrumentação do núcleo, em Foz do Chapecó aplicou-se uma metodologia de instrumentação sem utilizar instrumentos ligados diretamente ao núcleo. Isso se justifica pela instalação de inclinômetros nas transições (regiões próximas ao núcleo), que informam como esses materiais estão se comportando, e através dessas informações fazem-se as considerações quanto ao comportamento do próprio núcleo. Com as comparações realizadas verificou-se que em Foz do Chapecó o objetivo não foi um plano de instrumentação minucioso que gerasse dados para pesquisas ou estudos, como é o caso da instrumentação da barragem do Rio Torno. A instrumentação de Foz do Chapecó teve como objetivo o monitoramento da barragem para verificação de seu comportamento global e de seus pontos de fraqueza visando à sua segurança. E por fim, sugere-se levantar programas de pesquisa e desenvolvimento junto às universidades e às Usinas Hidrelétricas com barragens de enrocamento com núcleo de concreto asfáltico, para que se tenha acesso aos materiais que detalham todos os parâmetros adotados em projetos, bem como suas concepções, de modo a contribuir com informações sobre suas instrumentações. Tal sugestão é justificável pela verificação da falta de informações detalhadas nas literaturas estudadas.

119 101 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AFFONSO, Hugo Manoel Marcato. Instrumentação para Medir Deslocamentos em Barragens de Enrocamento: Dissertação (Mestrado em Engenharia Geotécnica) Departamento de Engenharia Civil da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, ALMEIDA, Marínis Maria de. Estudo Tensão Deformação de Barragem de Terra e Enrocamento. Dissertação (Mestrado em Geotecnia de Barragens) Núcleo de Geotecnia da Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, BRETH, H. & ARSLAN, U. Asphaltic Concrete for Hydraulic Structures Asphaltic Concrete Cores for Earth and Rockfill Dams: Stresses and strains inside the asphaltic concrete of core walls for high dams, explained by two examples. Alemanha, CAVALCANTI, A. J. C. T. et al. Utilização de Eletroníveis na Monitoração da Barragem de Xingó. XXI Seminário Nacional de Grandes Barragens, T.1, Rio de Janeiro, CBDB Comitê Brasileiro de Barragens. II Simpósio sobre Instrumentação de Barragens, Volume II, 155p, Belo Horizonte, CEMIG (1986). Relatório de Inspeção da Barragem de Terra e Enrocamento. Departamento de Estudos Usina Hidrelétrica de São Simão. CEMIG Companhia Energética de Minas Gerais PG/EE 121. CIGB Comissão Internacional de Grandes Barragens. As Barragens & a Água do Mundo. PARANÁ: CIGB, COOKE, J. B. Progress in rockfill dams, 18 th Terzaghi Lecture, JGED, ASCE, 110(10), pp , CRUZ, P. T. 100 Barragens Brasileiras: casos históricos, materiais de construção, projeto. São Paulo: Oficina de Textos, DIVINO, Paula Luciana. Comportamento de Enrocamentos em Barragens: Estudo de Caso da Barragem de Emborcação. Dissertação (Mestrado em Engenharia Geotécnica) Núcleo de Geotecnia da Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2010.

120 102 ELETROBRÁS, CENTRAIS ELÉTRICAS BRASILEIRAS. Critérios de Projeto Civil de Usinas Hidrelétricas.Comitê Brasileiro de Barragens (CBDB), ELETROBRÁS, CENTRAIS ELÉTRICAS BRASILEIRAS, Furnas: Relatório Técnico de Estudo de Comportamento. Divisão de Geotecnia e Segurança de Barragens. Usina Hidrelétrica de Foz do Chapecó. FCE Foz do Chapecó Energia S.A., GEC.E FAUSTINO, Vera Lúcia Baptista. Uma Contribuição para a Divulgação das Barragens de Enrocamento com Cortina Interior de Betão Betuminoso em Portugal: Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) Instituto Superior Técnico da Universidade Técnica de Lisboa, Portugal, FONSECA, Alessandra Rocha da. Auscultação por Instrumentação de Barragens de Terra e Enrocamento para Geração de Energia Elétrica: Estudo de Caso das Barragens da UHE São Simão. Dissertação (Mestrado em Geotecnia) Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Ouro Preto, Ouro Preto, GOULART, M. L. S. et al. Retroanálise dos Dados dos Eletroníveis Instalados na Barragem Principal da UHE Machadinho. XXV Seminário Nacional de Grandes Barragens, Volume II, Salvador, GUIMARÃES, Renato Cabral. Barragens com Núcleo de Concreto Asfáltico Análise do Comportamento Mecânico e Hidráulico do Núcleo. Tese (Doutorado em Geotecnia) Departamentode Engenharia Civil e Ambiental da Universidade de Brasília, Distrito Federal, GUIMARÃES, Renato Cabral et al. Características da Construção do Núcleo Asfáltico da Barragem de Enrocamento da UHE Foz do Chapecó. XXVIII Seminário Nacional de Grandes Barragens, T.106 A02, Rio de Janeiro, HOEG, Kaare. Asphaltic Concrete Cores for Embankment Dams: Experience and Practice. Noruega: Veidekke, LORIGGIO, D. D. et al. Obtenção de Propriedades do Enrocamento para Análise de Barragens de Enrocamento com Face de Concreto. Projeto P&D ANEEL /2003, Tractebel Energia S.A e Universidade Federal de Santa Catarina, Santa Catarina, MACHADO, William Gladstone Freitas de. Monitoramento de Barragens de Contenção de Rejeitos da Mineração. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mineral) Departamento de Engenharia de Minas e de Petróleo da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paul, 2007.

121 103 PALMEIRA, Ennio Marques.Instrumentação Geotécnica. Pós-Graduação em Geotecnia. Publicação Nº GAP 005A/96 - Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Brasília, Distrito Federal, PINTO, N. L.S. Concrete Face Rockfill Dams: Advances in Rockfill Structures. Netherlands: Academic Publishers, RODRIGUES, Gustavo Araújo. UHE Foz do Chapecó. 53 Congresso Brasileiro do Concreto Ibracon, Florianópolis, Disponível em: < Acesso em: 20 jun SARDINHA, Álvaro Eduardo, MAZZUTTI, Ricardo. Tratamento das infiltrações ocorridas na barragem de Itá. XXV Seminário Nacional de Grandes Barragens, T92 A35 volume II p.539, Salvador, SAXEGAARD, H.Asphalt Cores for Embankment Dams.XXIII Congresso Internacional das Grandes Barragens, Brasilia, SAYÃO, A. S. F. J. et al. Modelagem de Barragens de Enrocamento com Núcleo de Concreto Asfáltico. Revista Brasileira de Grandes Barragens Ano 1, N 01, Abril, SILVEIRA, João Francisco Alves. Instrumentação e Segurança de Barragens de Terra e Enrocamento. São Paulo: Oficina de Textos, SILVEIRA, João Francisco Alves; SANTOS JR, Ovídio Joaquim dos. Pesquisa Sobre os Procedimentos de Instalação das Células de Pressão Total em Barragens de Terra. XXVI Seminário Nacional de Grandes Barragens, T.97 A01, Goiânia, SMIDERLE, Camila de Souza Dahm. Segurança de Barragens: Análise da Instrumentação da Barragem de Itaúba: Dissertação (Mestrado em Geotecnia) Programa de Pós-Graduação da Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, TERZAGHI, Karl. From Theory to Practice in Soil Mechanics.Selections from Writings of Karl Terzaghi, John Wiley & Sons Pub., New York, WATZKO, Aires. Barragens de Enrocamento com Face de Concreto no Brasil: Dissertação (Mestrado em Infra-Estrutura e Geotecnia Viária) Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2007.

122 ANEXO A PROJETO DE INSTRUMENTAÇÃO DA UHE SÃO SIMÃO 104

123 Figura A.1 Arranjo geral das estruturas da UHE São Simão (FONSECA, 2003) 105

124 106 Sem escala Figura A.2 Planta de instrumentação instalada na barragem de terra e na barragem de terra e enrocamento da margem direita da UHE São Simão (FONSECA, 2003)

125 Figura A.3 Seção instrumentada 6 da barragem de terra e enrocamento da UHE São Simão (FONSECA, 2003) 107

126 Figura A.4 Seção instrumentada 7 da barragem de terra e enrocamento da UHE São Simão (FONSECA, 2003) 108

127 Figura A.5 Seção instrumentada 8 da barragem de terra e enrocamento da UHE São Simão (FONSECA, 2003) 109

128 Figura A.6 Seção instrumentada 8A da barragem de terra e enrocamento da UHE São Simão (FONSECA, 2003) 110

129 ANEXO B PROJETO DE INSTRUMENTAÇÃO DA UHE RIO TORNO 111

130 Figura B.1 Seção típica da barragem do Rio Torno (FAUSTINO, 2009) 112

131 113 Sem escala Figura B.2 Localização em planta das seções transversais de observação da barragem do Rio Torno (FAUSTINO, 2009)

132 Figura B.3 Localização dos instrumentos na seção transversal P5 da UHE do Rio Torno (FAUSTINO, 2009) 114

133 ANEXO C PROJETO DE INSTRUMENTAÇÃO DA UHE FOZ DO CHAPECÓ 115

134 116 Sem escala Figura C.1 Seção longitudinal da fundação da barragem principal da UHE Foz do Chapecó (GUIMARÃES, 2012)