UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS DE SINOP FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGIAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL GEOTECNIA III

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1 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS DE SINOP FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGIAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL GEOTECNIA III Aula 08 Barragens - Instrumentação Eng. Civil Augusto Romanini (FACET Sinop) Sinop - MT 2016/1

2 AULAS Aula 00 Apresentação / Introdução Parte I Fluxo no solo Aula 02 Redes de Fluxo confinado Aula 04 Erosão interna e Ruptura Hidráulica Parte II Barragens de Terra Aula 07 Elementos de Projeto Aula 09 Aspectos construtivos Parte III Taludes e Estruturas de contenção Aula 12 Estruturas de contenções Aula 14 Cortinas de Contenção Aula 01 Fluxo no solo Aula 03 Redes de Fluxo não confinado Aula 05 Rebaixamento Temporário de Aquíferos Aula 06 Barragens Aula 08 Instrumentação de barragens e análises Aula 10 Pequena Barragem de terra Pré Projeto Aula 11 Técnicas de estabilização de encostas Aula 13 Escoramento Provisório Aula 15 Cortinas Atirantadas 16/11/2016 Fluxo no solo 2

3 INTRODUÇÃO TIPOS DE INSTRUMENTOS PERIODICIDADE DAS LEITURAS SEÇÃO INSTRUMENTADA ESTABILIDADE DE BARRAGEM DE TERRA 16/11/2016 Fluxo no Solo 3

4 INTRODUÇÃO Barragens cadastradas por uso principal, em 30 de setembro de 2015 Leia aqui: 16/11/2016 Barragens 4

5 INTRODUÇÃO Numero de barragens vistoriadas pelas entidades federais e estaduais relativamente ao total de barragens cadastradas. Leia aqui: 16/11/2016 Barragens 5

6 INTRODUÇÃO Categoria de risco das barragens cadastradas segundo o uso principal, em 30 de setembro de 2015 Leia aqui: 16/11/2016 Barragens 6

7 INTRODUÇÃO Dano potencial associado (DPA) das barragens cadastradas, segundo o uso principal, em 30 de setembro de Leia aqui: 16/11/2016 Barragens 7

8 INTRODUÇÃO Um item considerado como essencial na construção de projetos de barragens é a instrumentação. Esse procedimento permite além de analisar o comportamento do empreendimento, fazer uma coletânea de dados para projetos futuros. A Lei nº de 20 de setembro de 2010, conhecida por Lei de Segurança de Barragens, estabeleceu a Política Nacional de Segurança de Barragens (PNSB), considerando os aspectos referidos, além de outros, e definiu atribuições e formas de controle necessárias para assegurar as condições de segurança das barragens. São obtidos através da instrumentação os seguintes dados: Poro pressões de construção Poro pressões devido a percolação de água Pressões totais sobre elementos de concreto e e sobre as fundações Recalques Deslocamentos horizontais Vazões de percolação de água. TIPOS DE INSTRUMENTOS Medidor de nível de água Piezômetro Célula de pressão total Caixa Sueca Tassômetro Inclinômetro Medidor de recalques Medidor de vazão 16/11/2016 Barragens 8

9 TIPOS DE INSTRUMENTOS Medidor de nível de água O medidor de nível de água interno é constituído por um tubo perfurado de PVC, envolvido de material granular adequado ou por manta de geotêxtil, instalado dentro de um furo de sondagem. Permite a medida do nível de água, introduzindo um cabo elétrico com pequena sonda e, quando esta entra em contato com a superfície da água, há passagem de uma corrente elétrica, que é detectada na superfície por amperímetro. O cabo do medidor é graduado em centímetros, o que permite calcular a cota do nível de água, pela diferença entre a cota do topo do tubo e o comprimento do cabo. 16/11/2016 Barragens 9

10 TIPOS DE INSTRUMENTOS Medidor de nível de água Os piezômetros podem ser do tipo stand pipe ou de Casagrande, hidráulico, pneumático, de corda vibrante elétrico A função dos piezômetros é fornecer a carga de pressão no ponto em que foi instalado. Conhecida a carga de pressão, calcula-se a carga total naquele ponto, que é a cota de instalação mais a coluna de água sobre o mesmo. São comumente utilizado dois tipos de piezômetros: stand pipe (ou Casagrande) e elétrico de corda vibrante. Em ambos os casos, o valor de leitura fornecido é a cota piezométrica, que é a soma da carga de elevação mais a carga de pressão no ponto de instalação. Ou seja, é fornecida a carga total no ponto de instalação, em relação ao nível do mar. Stand pipe Elétrico de corda vibrante 16/11/2016 Barragens 10

11 TIPOS DE INSTRUMENTOS Célula de pressão total A célula de pressão total é utilizada para medida de pressões sobre estruturas de concreto. Consiste de uma almofada plana, metálica, que fica alojada no interior do maciço e cujo o principio de funcionamento pode ser elétrico, pneumático ou hidráulico. Pode ser usada juntamente com a célula piezométrica, para possibilitar a determinação da pressão efetiva. 16/11/2016 Barragens 11

12 TIPOS DE INSTRUMENTOS Medidor de recalques É um instrumento utilizado para a medição de recalque em maciços de terra. É constituído de várias placas ou anéis, instalados no interior do maciço de solo, ao longo de uma mesma linha vertical. Cada placa ou anel é ligado a uma haste vertical, cuja a extremidade superior chega a superfície do aterro, onde são feitas as leituras de nível. Também são utilizados medidores de tubos telescópios, em que o tubo interno é chumbado na rocha e os demais fixados em placas instaladas sobre o aterro, em níveis diferentes. Nas extremidades superiores dos tubos, medem se as diferenças entre os pontos de referência nelas existentes, por meio de uma escala gradua em milímetros, e calcula se os recalques de cada placa. Marcos superficiais Caixas suecas Medidores magnéticos Tassômetros 16/11/2016 Barragens 12

13 TIPOS DE INSTRUMENTOS Medidor de recalques Marcos superficiais O objetivo da instalação dos marcos superficiais é o acompanhamento dos deslocamentos verticais e horizontais do maciço em relação a uma referência indeslocável. Os deslocamentos horizontais são medidos através de colimações geodésicas, enquanto que os deslocamentos verticais (recalque) serão medidos através de nivelamento de precisão. As leituras poderão ser feitas através de estação total desde que o aparelho assegure precisão da ordem de ± 3 mm para distâncias da ordem de 400m. A equipe de leitura deverá ser experiente e cuidadosa, para permitir leituras com esta precisão. 16/11/2016 Barragens 13

14 TIPOS DE INSTRUMENTOS Medidor de recalques Caixa sueca A caixa Sueca, também conhecida como Medidor Hidrostático de Recalque, permite o monitoramento de recalques internos em maciços em vários pontos no interior da estrutura. O instrumento é instalado durante a construção do aterro e funciona com princípio de vasos comunicantes. As leituras são feitas em painéis de leituras instalados do lado de fora da estrutura. A caixa sueca pode ser metálica ou de PVC. Estes elementos são instalados em maciços de enrocamento para medir os recalques. Este elemento é conectado ao talude de jusante, por meio de dois tubos, onde existe uma cabine de leituras. Introduzindo se agua nos tubos e medindo se o nível de água na cabina, determina se o nível da caixa e, assim, calcula se os recalques. Em uma mesma seção da barragem podem ser instaladas diversas caixas, ligadas a uma só cabine de leituras. 16/11/2016 Barragens 14

15 TIPOS DE INSTRUMENTOS Medidor de recalques Medidores magnéticos O medidor de recalque magnético é um instrumento de auscultação constituído basicamente por um tubo guia, provido de luvas telescópicas, um anel de referência e diversas placas de recalque dotadas de orifício na posição central com ímã permanente tipo ferrite, por onde passa o tubo guia,. As placas são instaladas em conjunto com a subida do aterro (sendo substituídas por aranhas magnéticas quando instaladas em furos de fundação). As leituras são obtidas por um conjunto torpedo (sonda eletromagnética), trena e alarme em superfície. A sonda, com a trena afixada à mesma, é descida através do tubo interno até a posição de um anel magnético. Nesse instante, o campo magnético local aciona um contato no interior da sonda, fazendo soar o alarme em superfície. Os recalques são obtidos pela diferença entre as medidas obtidas pela trena e pela distância fixa entre o topo do tubo e a posição de um anel magnético de referência, instalado em profundidade e em zona do terreno não passível de deslocamentos 16/11/2016 Barragens 15

16 TIPOS DE INSTRUMENTOS Inclinômetro O inclinômetro é destinado a observação da inclinação de um furo de sondagem em relação a vertical. Para tal, são instalados tubos de revestimento, de plástico ou de alumínio, até abaixo da zona susceptível de movimentação. Os tubos que constituem o inclinômetro possuem 4 ranhuras, dispostas ortogonalmente, dentro as quais são encaixadas roldanas de um torpedo, que pode penetrar, com pequena folga dentro dos tubos. As ranhuras são colocadas nas direções em que se deseja medir as inclinações. No interior do torpedo, aloja se um pêndulo, cujo o descolamento angular é detectado por um sistema de resistência elétricas. 16/11/2016 Barragens 16

17 TIPOS DE INSTRUMENTOS Medidor de vazão O medidor de vazão é utilizado para se obter o valor da vazão que percola através do sistema de drenagem da barragem e de sua fundação, coletados por tubulações ou canaletas. O tipo mais comum que se utiliza é o medidor triangular A vazão é determinada com a utilização da equação de regime de escoamento uniforme em condutos livres. 16/11/2016 Barragens 17

18 PERIODICIDADE DAS LEITURAS As leituras dos instrumentos devem ser iniciadas logo após a instalação. A periodicidade das leituras dependerá dos próprios resultados e de sua variação, bem como dos fatores que sobre elas influem, tais como, velocidade de construção, velocidade de enchimento do reservatório entre outros. Sempre que houver variação significativa dos resultados ou dos fatores que neles influem, deve se reduzir o intervalo de tempo entre as leituras. Os dados devem ser processados após as leituras do instrumentos, utilizando as ferramentas existentes. É recomendado que as leituras de poropressão com os dados de recalque. É interessante observar para o caso da medição de vazão sempre ter dados pluviométricos pois estes podem influenciar diretamente nas vazões. 16/11/2016 Barragens 18

19 PERIODICIDADE DAS LEITURAS Recomendação da ANA (2015) para realização das leituras Periodo Tipo de Observação Enchimento do Inicial de Contrução reservatório Operação Operação Deslocamentos superficiais Mensal Semanal Mensal Semestral Deslocamento internos ( verticais e horizontais) Semanal Semanal Quinzenal Mensal Deformação Semanal Semanal Semanal Mensal Pressão total/ efetiva Semanal 2 Semanas Semanal Mensal Poro - pressão Semanal 2 Semanas Semanal Quinzenal Subpressão Semanal 3 Semanas Semanal Quinzenal Nivel da água Semanal 3 Semanas Semanal Quinzenal Vazão de Infiltração - Diárias 3 Semanas Semanal 16/11/2016 Barragens 19

20 SEÇÃO INSTRUMENTADA BARRAGEM DE EMBORCAÇÃO, /11/2016 Barragens 20

21 SEÇÃO INSTRUMENTADA BARRAGEM DE XINGÓ SEÇÃO DO ZONEAMENTO Souza et al, /11/2016 Barragens 21

22 SEÇÃO INSTRUMENTADA BARRAGEM DE XINGÓ Planta de locação dos instrumentos Souza et al, /11/2016 Barragens 22

23 SEÇÃO INSTRUMENTADA BARRAGEM DE XINGÓ Seções Souza et al, /11/2016 Barragens 23

24 SEÇÃO INSTRUMENTADA BARRAGEM DE XINGÓ Seções Souza et al, /11/2016 Barragens 24

25 SEÇÃO INSTRUMENTADA BARRAGEM DE XINGÓ Seções Souza et al, /11/2016 Barragens 25

26 ESTABILIDADE DE BARRAGEM DE TERRA Fatores como o valor da tensão normal efetiva, as condições de drenagem, o histórico de tensões, a trajetória de tensões e as condições do solo, estrutura e textura, são fatores que influencia na resistência do cisalhamento que interferem na estabilidade da barragem. Em uma barragem de terra, a influência das condições de drenagem e das trajetórias de tensões ( sequência de carregamentos), deve ser analisada em cada uma das situações criticas do projeto que podem vir a ocorrer ao longo da vida útil do projeto. Existem três situações consideradas críticas. FASE CONSTRUTIVA ESVAZIAMENTO RÁPIDO DO RESERVATÓRIO OPERAÇÃO DA BARRAGEM Coeficiente de seguranças mínimos ( SUGERIDOS) para barragens de terra e de enrocamento - U.S.Corps of Engineers Caso Condição de Projeto FS mínimo Envoltória de resistência I Final de Construção 1,4 Q ou S II III IV V Rebaixamento do reservatório a partir do NA máximo Operação, com reservatório parcial Operação, com reservatório no nível máximo Terremoto ( casos I, III e IV) com carregamento sismico 1,5 R,S 1,5 R,S 1,5 (R+S)/2 para R<S; S para R>S - - Q - Ensaio rápido; R - Adensado - rápido; S - Drenado Observações Talude de montante e de jusante Talude de montante; Envoltória composta Talude de montante; Envoltória composta Talude de montante; Envoltória média Talude de montante e de jusante 16/11/2016 Barragens 26

27 ESTABILIDADE DE BARRAGEM DE TERRA FASE CONSTRUTIVA HOMOGÊNEA ZONEADA 16/11/2016 Barragens 27

28 ESTABILIDADE DE BARRAGEM DE TERRA FASE CONSTRUTIVA As situações criticas podem ocorre em ambos os taludes, sendo que a jusante o talude possui uma declividade maior. Essa situação de ruptura pode ocorrer devido ao possível excesso de poropressão na base do talude e interior não tenho tido tempo suficiente para se dissiparem. Para obter essa envoltória de projeto, deve se utilizar o ensaio de compressão do tipo rápido (Q,UU), pois estes simulam as condições de ruptura não drenada, ou seja quando não há excesso de pressão neutra. Observação: Quando o solo de fundação for menos resistente que o solo do maciço da barragem, deve se prever que a superfície de ruptura atinja este solo, normalmente frente esta situação os talude devem ser menos íngremes. 16/11/2016 Barragens 28

29 ESTABILIDADE DE BARRAGEM DE TERRA FASE CONSTRUTIVA 16/11/2016 Barragens 29

30 ESTABILIDADE DE BARRAGEM DE TERRA ESVAZIAMENTO RÁPIDO DO RESERVATÓRIO Nesta situação, o talude critico ocorre a montante, pois com o processo de esvaziamento do reservatório passa a existir um novo regime de fluxo que irá se estabelecer no interior do maciço da barragem. A cunha de ruptura possui uma força de percolação que leva em conta as subpressões que atuam na sua superfície. Para esta situação devem ser realizados estudos em softwares computacionais, pois o efeito deste esvaziamento pode ser mais desastroso e de difícil remediação. A envoltória de resistência utilizada é a total. Fonte:ICOLD, /11/2016 Barragens 30

31 ESTABILIDADE DE BARRAGEM DE TERRA ESVAZIAMENTO RÁPIDO DO RESERVATÓRIO RESERVATÓRIO OPERANDO Fonte:ICOLD,2011 ESVAZIAMENTO RÁPIDO DO RESERVATÓRIO Perda de estabilidade devido ao rebaixamento rápido do reservatório. 16/11/2016 Barragens 31

32 ESTABILIDADE DE BARRAGEM DE TERRA OPERAÇÃO DA BARRAGEM Quando a barragem já entrou em operação, considera se que o fluxo de água já foi estabelecido. O talude critico é o de jusante, sabendo que a montante o talude fica estável devido as força de percolação existentes. O ensaio para se obter a envoltória de resistência é o de adensamento - rápido (CU). 16/11/2016 Barragens 32

33 REFERÊNCIAS HACHICH, W. ET AL (ED.). FUNDAÇÕES, TEORIA E PRÁTICA. SÃO PAULO: PINI, 751P, MASSAD, F. Escavações a céu aberto em solos tropicais. São Paulo, SP. Oficina de textos, 96p,2005. MASSAD, F. Obras de terra Curso básico de geotecnia. São Paulo, SP. Oficina de textos, 215p,2010 GERSCOVICH, D.M.S. Fluxo em solos saturados. Rio de Janeiro, RJ. Departamento de Estrutura e fundações.faculdade de Engenharia. Notas de Aula.169p, GAIOTO. N. Introdução ao projeto de barragens de terra e de enrocamento. São Carlos, SP. EESC-USP. 126p /11/2016 Fluxo no Solo 33

34 Obrigado pela atenção. Perguntas? 16/11/2016 Barragens 34