ENGENHARIA GEOTÉCNICA NA REABILITAÇÃO DO PATRIMÓNIO CONSTRUÍDO

Transcrição

1 ENGENHARIA GEOTÉCNICA NA REABILITAÇÃO DO PATRIMÓNIO CONSTRUÍDO SEMINÁRIO ACIDENTES DE BARRAGENS REABILITAÇÃO E REFORÇO DA SEGURANÇA DE BARRAGENS EM PORTUGAL O CASO DA BARRAGEM DO PISCO José Mateus de Brito jose.brito@cenor.pt

2 SUMÁRIO ACIDENTES DE BARRAGENS REABILITAÇÃO E REFORÇO DA SEGURANÇA DE BARRAGENS EM PORTUGAL ANTECEDENTES INCIDENTES, ACIDENTES E ROTURAS DE BARRAGENS OBJECTIVOS ESPECÍFICOS DOS ESTUDOS DE SEGURANÇA CASOS DE ESTUDO E DE OBRA RECENTES O CASO DA BARRAGEM DO PISCO CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS ANOMALIAS DE FUNCIONAMENTO OBSERVAÇÃO DOS CAUDAIS A JUSANTE OBRAS DE REABILITAÇÃO E DE REFORÇO DA SEGURANÇA NOVO DESCARREGADOR DE CHEIAS NOVO CIRCUITO HIDRÁULICO DE TA/DF OBRAS DE CAPTAÇÃO E CONTROLO DOS CAUDAIS AFLUENTES A JUSANTE CONSIDERAÇÕES FINAIS

3 ACIDENTES DE BARRAGENS

4 ACIDENTES DE BARRAGENS As barragens estão entre as mais importantes realizações do Homem. Ultrapassam geralmente outras construções em volume e em custo, bem como em importância social e em risco O engenheiro de barragens tem concebido as barragens ao longo dos séculos de acordo com a experiência, tendo em conta os sucessos, mas sobretudo os insucessos A causa principal dos acidentes de barragens, a par com os galgamentos por cheias imprevistas, foi sempre a rotura das fundações De tous les ouvrages construits par la main humaine, les barrages sont les plus meurtriers. André Coyne, 1952

5 ACIDENTES DE BARRAGENS To avoid the shortcomings associated with present practice requires, first of all, expert translation of the findings of the geologist into physical and mechanical terms. Next, it requires the evaluation of the most unfavorable mechanical possibilities which would be expected under the existing geologic conditions and finally, to assume for the design of the structure the most unfavorable possibilities. These mental operations represent by far the most important, most difficult and most neglected tasks in the field of dam foundations. Karl Terzaghi, 1929

6 ACIDENTES DE BARRAGENS Verifica-se que as insuficiências referidas por Terzaghi ainda são evidentes na prática actual e que continuam a ocorrer incidentes e roturas de barragens, embora com menor frequência do que há algumas décadas atrás Muitos dos incidentes e roturas são directamente atribuídos à falta de conhecimento e conveniente interpretação das condições geológicas locais e de caracterização geomecânica do maciço, negligenciando a abordagem crítica dos potenciais mecanismos de rotura da fundação das barragens

7 ACIDENTES DE BARRAGENS BARRAGEM DE CAMARÁ Vista aérea da barragem após a rotura

8 ACIDENTES DE BARRAGENS BARRAGEM DE CAMARÁ Corte geológico longitudinal

9 ACIDENTES DE BARRAGENS BARRAGEM DE CAMARÁ Zona de rotura inicial da barragem

10 ACIDENTES DE BARRAGENS BARRAGEM DE CAMARÁ Vista após a ruína da zona superior da barragem

11 ACIDENTES DE BARRAGENS BARRAGEM DE CAMARÁ Superfície de rotura exposta a jusante da barragem

12 ACIDENTES DE BARRAGENS BARRAGEM DE CAMARÁ Vista da falha durante a fase de execução

13 ACIDENTES DE BARRAGENS BARRAGEM DE CAMARÁ Corte geológico longitudinal

14 ACIDENTES DE BARRAGENS BARRAGEM DE CAMARÁ Causas que contribuíram para a rotura Falta de um estudo geológico-geotécnico adequado à importância da obra e às condições geológicas Inadequada interpretação das condições geológicas durante a fase de escavação das fundações Falta de observação sistemática da barragem desde que se começaram a observar situações anómalas, no início de 2004

15 ACIDENTES DE BARRAGENS A revisão crítica das causas das roturas de barragens, constitui uma oportunidade única para os projectistas de barragens adquirirem conhecimentos e capacidade de apreciação da importância de condições geológicas específicas e da influência do comportamento dos maciços de fundação na segurança de barragens (importance of minor geologic features on the safety of a dam)

16 REABILITAÇÃO E REFORÇO DA SEGURANÇA DE BARRAGENS EM PORTUGAL

17 ANTECEDENTES Em 1997, o INAG promoveu concursos públicos para a execução de estudos relativos à segurança estrutural e hidráulico-operacional das barragens incluídas no âmbito do RSB A razão próxima para estes concursos, que, em geral, englobaram grupos de quatro barragens, foram os riscos sentidos por ocasião da intensa precipitação do inverno de 1995/96, com rotura de algumas barragens de pequena dimensão e ocorrência de anomalias envolvendo barragens de maior dimensão, embora sem perda de vidas humanas A análise da segurança envolveu a verificação da capacidade para satisfazer as exigências de comportamento necessárias para evitar incidentes e acidentes, a que se referem os aspectos estruturais, hidráulicos, operacionais e ambientais Um dos grupos englobou as barragens de Carviçais, Santa Maria de Aguiar, Penha Garcia e Pisco, adjudicado ao consórcio Hidro 4 / Cenor

18 INCIDENTES, ACIDENTES E ROTURAS DE BARRAGENS Curso de Exploração e Segurança de Barragens (Capítulo 3 - Incidentes, Acidentes e Roturas em Barragens, Veiga Pinto e Rui Faria). Março 2001 Deterioration of Dams and Reservoirs. Examples and Their Analysis. Manuel Rocha. LNEC. ICOLD. Dezembro 1983 Causes Internes Accidentelles d Instabilité (Piping, Dispersivité, Fissuration et Fracturation Hydraulique). António Mineiro. Hidrotécnica Portuguesa. Fevereiro 1983 Abordagens de Riscos em Barragens de Aterro. Lurdes Pimenta. Tese. LNEC Boletins do CIGB (ICOLD)

19 OBJECTIVOS ESPECÍFICOS DOS ESTUDOS DE SEGURANÇA Avaliação da segurança estrutural e hidráulico-operacional (situações perigosas com risco de acidentes) Cálculo da onda de inundação para cenários de rotura adequados e obtenção do mapa de inundação a jusante Avaliação das eventuais consequências (risco potencial) Cálculo do índice global de risco (factores de risco externos, associados à barragem, humanos e económicos) Apreciação das condições de segurança e de medidas de prevenção e de mitigação do risco Não são do conhecimento público as conclusões do estado das barragens inspeccionadas no âmbito do Plano de Inspecção de Barragens e quais delas estavam a precisar de intervenção

20 CASOS DE ESTUDO E DE OBRA RECENTES SANTA MARIA DE AGUIAR (1981) Beneficiação do aterro da barragem, para a dotar de condições de estabilidade estática e sísmica compatíveis com o definido no RSB; criação simultânea de um sistema de drenagem interno do talude de jusante; substituição do enrocamento de protecção a montante; alteamento do coroamento por insuficiência da folga e respectiva reabilitação e alargamento (sistema de drenagem superficial, pavimento adequado, passeios e guardas de protecção) Captação e drenagem dos caudais afluentes no pé do talude a jusante Execução de uma cortina de injecções na margem esquerda para controlar os caudais das ressurgência existente a jusante Beneficiação dos órgãos hidráulicos 1997 Condicionamento da exploração da albufeira 2 m abaixo do NPA Perfil tipo das obras de reabilitação no fundo do vale

21 CASOS DE ESTUDO E DE OBRA RECENTES MINAS DE ALJUSTREL - BAR. DE ÁGUA INDUSTRIAL (1990) 2009 Perfil tipo das obras de reabilitação no fundo do vale

22 CASOS DE ESTUDO E DE OBRA RECENTES MINAS DE ALJUSTREL - BARRAGEM DE REJEITADOS (1991) 2009 Perfil tipo das obras de reabilitação e alteamento

23 CASOS DE ESTUDO E DE OBRA RECENTES MINAS NEVES-CORVO - I.R. DO CERRO DO LOBO (1989) Captação e encaminhamento de ressurgências 2010

24 CASOS DE ESTUDO E DE OBRA RECENTES BARRAGEM DE VALTORNO-MOURÃO (2006) 2008 Alçado da cortina de injecções de reforço do tratamento de impermeabilização da fundação

25 EVOLUÇÃO DA CONSTRUÇÃO DE BARRAGENS EM PORTUGAL

26 O CASO DA BARRAGEM DO PISCO

27 CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS LOCALIZAÇÃO Barragem do Pisco Castelo Branco

28 CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS Localização - Concelho de Castelo Branco. Rio Ramalhoso Ano de construção Objectivo - Abastecimento público de água à cidade de Castelo Branco e outras povoações do concelho Tipo - Barragem de terra, com perfil homogéneo (solos argilosos) Dimensões - 25 m de altura máxima acima da fundação: 260 m de desenvolvimento do coroamento Volume total de aterros m 3 Volume de armazenamento da albufeira (NPA) - 1,4 hm 3 Condições geológicas - Xistos micáceos mosqueados, com duas famílias de descontinuidades sub-verticais e uma família sub-horizontal; maciço intensamente fraturado em bandas verticais, com zonas muito alteradas à superfície

29 CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS Descarregador de cheias - Soleira frontal tipo WES (2 vãos com 10 m de largura cada), seguida de canal com 60 m de comprimento e 10 m de largura, com bacia de dissipação tipo III do USBR (margem esquerda) Caudal de dimensionamento (projecto) - 42,9 m 3 /s (T=100 anos) Torre de tomada de água - Tomada a dois níveis; passadiço para o coroamento da barragem com sete pilares fundados no aterro Circuito hidráulico de tomada de água/descarga de fundo - Duas condutas Ø 400 independentes em manilhas de betão envolvidas num maciço de betão único: inseridas numa vala no maciço rochoso, com uma profundidade máxima de 8 m e cerca de 1,5 m de largura; com duas mudanças de direcção em planta e duas mudanças de inclinação (com caixas de pressão colocadas nos pontos de inflexão) Cortina de injecções - Realizada cerca de dois anos após a conclusão da obra, por causa dos elevados caudas afluentes a jusante da barragem e por baixo do descarregador de cheias (que foi construído em algumas zonas sobre aterros) Vale a jusante - Bastante uniforme até à confluência com o rio Ocresa e bastante largo com ocupação dispersa, não existindo povoações junto ao leito do rio

30 CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS PLANTA (projecto inicial)

31 CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS PERFIL TRANSVERSAL TIPO (projecto inicial) Talude de montante - 3,5H/1V Talude de jusante - 2,5H/1V Coroamento - 8 m de largura Banqueta a jusante - 3 m de largura Cotas - Coroamento - 500,90 m, NMC - 499,70 m, NPA - 498,70 m

32 ANOMALIAS DE FUNCIONAMENTO (recolha de informação histórica) Circuito de TA/DF inoperacional (desde que a barragem entrou em funcionamento) Descarregador de cheias em estado de colapso iminente, quer por ter sido fundado parcialmente sobre aterros, quer por não dispor de drenagem da soleira, com manifestações de degradação perigosas para a segurança da barragem Afluência contínua e abundante de água a jusante, quer pelo descarregador de cheias, quer pela zona das condutas de descarga de fundo e tomada de água, quer, ainda, pela zona do fundo do vale, no pé de jusante da barragem Arrastamento de finos evidente a jusante da barragem (erosão interna), nas três zonas de afluência de caudais

33 ANOMALIAS DE FUNCIONAMENTO SITUAÇÃO EM 1997 Set 97

34 ANOMALIAS DE FUNCIONAMENTO SITUAÇÃO EM 1999 Jul 99

35 ANOMALIAS DE FUNCIONAMENTO SITUAÇÃO EM 1999 Jul 99

36 ANOMALIAS DE FUNCIONAMENTO SITUAÇÃO EM 2000 (após desmatação a jusante) Fev 00

37 ANOMALIAS DE FUNCIONAMENTO SITUAÇÃO EM 2000 (afluências de água ao pé de jusante) Junto à bacia de dissipação do descarregador de cheias, permanentemente alagada desde o início do período de exploração, aparentemente com arrastamento de finos dos aterros subjacentes ao descarregador Junto à saída da descarga de fundo, com arrastamento de finos provavelmente do material de aterro da vala onde se inserem a condutas, ou do próprio aterro da barragem a montante Generalizadamente ao longo do pé de jusante, em especial na zona da linha de água, onde sai o sistema de drenagem interno da barragem; verificava-se também o arrastamento de finos, em princípio devido ao material argiloso que não foi saneado no contacto aterro-fundação

38 ANOMALIAS DE FUNCIONAMENTO CHEIA DO INVERNO DE 2000 Dez 00

39 OBSERVAÇÃO DOS CAUDAIS A JUSANTE 2001/2002 Dez 00

40 OBSERVAÇÃO DOS CAUDAIS A JUSANTE 2001/2002

41 OBRAS DE REABILITAÇÃO E REFORÇO DA SEGURANÇA PROJECTOS Novo descarregador de cheias (com folga adequada ao novo caudal de projecto de 86,4 m 3 /s), incluindo um novo pontão no coroamento Estrutura sobre o canal do descarregador para passagem da tomada de água para a ETA existente a jusante Nova cortina de injecções a montante do descarregador Obturação e aterro do descarregador de cheias antigo Túnel visitável sob o aterro da barragem, com água na albufeira, para albergar o novo circuito de tomada de água e de descarga de fundo Nova torre de tomada de água, incluindo novo passadiço Obra de captação e controlo dos caudais afluentes a jusante da barragem

42 OBRAS DE REABILITAÇÃO E REFORÇO DA SEGURANÇA CONDICIONAMENTOS DOS PROJETOS Limitação da cota de esvaziamento da albufeira, por forma a não inviabilizar o abastecimento de água a Castelo Branco Construção da nova torre e da estrutura de entrada do novo descarregador de cheias em período de estiagem (nível da água na albufeira mais baixo) Era forçoso ter o novo descarregador de cheias em funcionamento antes do início das primeiras chuvas, mantendo o descarregador antigo até à conclusão do novo A execução do túnel apenas podia iniciar-se após a desactivação do antigo descarregador, dado que o emboquilhamento de jusante se situava dentro do canal Foi necessário prever duas frentes de trabalho para o túnel, em face do pouco tempo disponível, coordenando a frente no interior da albufeira com a execução da base da nova torre, ao abrigo de uma pequena ensecadeira; parte do túnel foi construído com o nível de água na albufeira acima da cota da soleira Definição de planos de contingência para diversos cenários, nomeadamente a ocorrência de uma cheia que colocasse em causa a segurança da obra Disponibilidades orçamentais limitadas

43 OBRAS DE REABILITAÇÃO E REFORÇO DA SEGURANÇA ESTUDOS DE REABILITAÇÃO E DE REFORÇO Data Fase dos Estudos Estudos e Acontecimentos Trabalhos de Construção 1968 Antecedentes Construção da Barragem 1969 Detectadas apreciáveis fugas de água a jusante 1970/71 Execução da Cortina de Injecções Estudo de reconstrução e beneficiação do descarregador de cheias (a soleira estava sobre ameaça de ruína). DGSH Tamponamento das Condutas. Captação de água para a ETA através de sifão 1995/ Intensa precipitação: rotura de pequenas barragens e anomalias em barragens de maiores dimensões Concurso Público: Barragens de Carviçais, Santa Maria de Aguiar, Penha Garcia e Pisco. INAG Segurança da 1999 Barragem do Pisco Recolha de Informação e Relatório da Visita de Inspecção (Estudos de Segurança Relatórios da 1ª e 2ª Fase: caracterização hidrológica e de cheias, Estrutural e Hidráulicocaracterização sísmica, análise da estabilidade da barragem, verificação Operacional) da folga, condições operacionais dos órgãos de segurança, avaliação dos danos potenciais no vale a jusante, índice global de risco, proposta de medidas 2002 Relatório da 3ª Fase. Plano de Observação

44 OBRAS DE REABILITAÇÃO E REFORÇO DA SEGURANÇA ESTUDOS DE REABILITAÇÃO E DE REFORÇO Data Fase dos Estudos Estudos e Acontecimentos Trabalhos de Construção 2001 Obras de Reforço da Segurança da Barragem do Pisco Plano de Inspecções de Barragens, Faro 1 (17 barragens no âmbito do RSB e 22 barragens do RPB). INAG Circuito Hidráulico de TA/DF. Programa de Reconhecimento GG Intervenção de Emergência no Descarregador de Cheias na sequência de uma forte cheia Circuito Hidráulico de TA/DF. Estudo Prévio Evacuador de Cheias. Comparação de Soluções. Estudo Prévio Evacuador de Cheias. Projecto de Concurso Evacuador de Cheias. Projeto de Execução 2002 Circuito Hidráulico de TA/DF. Projeto de Execução Construção do Descarregador de Cheias Cortina de Injecções. Projeto de Execução Construção do Circuito Hidráulico de TA/DF Cortina de Injecções. Relatório de Acompanhanhamento dos Trabalhos Execução da Cortina de Injecções

45 OBRAS DE REABILITAÇÃO E REFORÇO DA SEGURANÇA PLANTA

46 NOVO DESCARREGADOR DE CHEIAS CARACTERÍSTICAS Soleira descarregadora - em labirinto, com 20 m de largura Canal - 73 m de comprimento e 10 m de largura Bacia de dissipação - tipo II do BUREC, pregada ao maciço Caudais de cheia afluente e efluente - 105,9 e 86,4 m 3 /s (T=1000 anos) Drenagem - transversal e longitudinal ao longo de todo o desenvolvimento Cortina de injecções a montante - profundidade média de 20 m e comprimento de 84 m

47 NOVO DESCARREGADOR DE CHEIAS Jun 02 Jul 02 Set 02 Jan 03

48 NOVO DESCARREGADOR DE CHEIAS Abr 04

49 NOVO CIRCUITO HIDRÁULICO DE TA/DF CARACTERÍSTICAS Túnel - largura útil - 2 m, altura máxima - 2 m, desenvolvimento total - 71,5 m Condutas - em aço com diâmetro 400, apoiadas em berços de betão armado Perfil longitudinal do túnel

50 NOVO CIRCUITO HIDRÁULICO DE TA/DF Secções transversais do túnel

51 NOVO CIRCUITO HIDRÁULICO DE TA/DF Jul 03

52 NOVO CIRCUITO HIDRÁULICO DE TA/DF Abr 04

53 NOVO CIRCUITO HIDRÁULICO DE TA/DF Abr 04

54 NOVO CIRCUITO HIDRÁULICO DE TA/DF Abr 04

55 OBRAS DE CAPTAÇÃO E CONTROLO DOS CAUDAIS AFLUENTES A JUSANTE Tapete drenante - Em toda a área de afluências de água com espessura máxima de 1,60 m, executado a jusante contra um muro com altura de 2,20 m e comprimento de 18 m Câmaras de medição de caudais - Independentes na área de saída do sistema de drenagem interno da barragem e das condutas antigas

56 OBRAS DE CAPTAÇÃO E CONTROLO DOS CAUDAIS AFLUENTES A JUSANTE Set 02 Jan 03 Jul 03

57 BARRAGEM DO PISCO 2004

58 CONSIDERAÇÕES FINAIS O estudo da segurança da barragem do Pisco é um exemplo de aplicação de uma metodologia baseada no conceito de segurança e no cumprimento de regulamentos ou normas em vigor e na apreciação especializada, mas qualitativa, do grau de perigo e da possibilidade de acidente Os estudos de segurança realizados permitiram identificar as insuficiências da barragem, tendo-se constatado a precaridade em que esta se encontrava, em especial devido ao estado dos órgãos hidráulicos e ao arrastamento de finos evidente a jusante A grande cheia que ocorreu no inverno de 2000 destruiu o descarregador de cheias, (que foi provisoriamente reparado); este evento precipitou a realização das obras de reabilitação de que a barragem necessitava, tendo sido substituídos o descarregador de cheias e todo o circuito hidráulico de tomada de água e de descarga de fundo As intervenções foram efectuadas com grande urgência, para garantir a segurança das obras; a realização dos estudos e a execução das obras tiveram que ser feitas num período muito curto É de destacar a complexidade das obras, quer em termos técnicos, quer em termos de programação dos trabalhos, conjugando a participação de todas as entidades intervenientes e obrigando á constante ponderação dos riscos ao longo de todo o processo

59 ENTIDADES INTERVENIENTES Muito contribuiu para atingir os objectivos o permanente acompanhamento e cooperação de todas as entidades envolvidas: CMCB, DRAOT, INAG, LNEC Construtora do Lena, Consórcio Projectista Hidro4/Cenor

60 ENGENHARIA GEOTÉCNICA NA REABILITAÇÃO DO PATRIMÓNIO CONSTRUÍDO SEMINÁRIO ACIDENTES DE BARRAGENS REABILITAÇÃO E REFORÇO DA SEGURANÇA DE BARRAGENS EM PORTUGAL O CASO DA BARRAGEM DO PISCO José Mateus de Brito jose.brito@cenor.pt