André Felipe Rocha da Silva 1* Celso Bandeira de Melo Ribeiro 2

Documentos relacionados
AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DE DIFERENTES VAZÕES DE PICO NO COMPARTAMENTO DA PROPAGAÇÃO DO HIDROGRAMA DE RUPTURA DA BARRAGEM DE PEDRA DO CAVALO BA 10819

AVALIAÇÃO DAS LIMITAÇÕES DO ESTUDO DE RUPTURA DA BARRAGEM DE PEDRAS ALTAS (BA) LOCALIZADA NO SEMIÁRIDO BAIANO

IV ANÁLISE DO ROMPIMENTO HIPOTÉTICO DE UMA BARRAGEM DE REGULARIZAÇÃO DE VAZÃO NO MUNICÍPIO DE RIO PARANAÍBA MG

L. S. S. Brasil, UFMG, L. R. Palmier, UFMG, N. O. Nascimento, UFMG, e L. C. M. Botelho, CEMIG

Por que falar em Segurança de Barragens?

UTILIZAÇÃO DO MÉTODO DE ROSENBLUETH PARA ANÁLISE DE INCERTEZA DE PARÂMETROS DE FORMAÇÃO DE BRECHA EM BARRAGENS ESTUDO DE CASO: BARRAGEM DA PAMPULHA

CLASSIFICAÇÃO DE PEQUENAS BARRAGENS 1

CURSO DE CAPACITAÇÃO EM ESTRUTURAS DE BARRAGENS: TERRA, ENROCAMENTO E REJEITOS. Lei /2010: Política Nacional de Segurança em Barragens

16º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental SIMULAÇÃO POR MODELO MATEMÁTICO DE ROMPIMENTO HIPOTÉTICO DE BARRAGEM DE REJEITOS

MAPEAMENTO DAS ZONAS DE INUNDAÇÃO OCASIONADA PELA RUPTURA HIPOTÉTICA DA BARRAGEM JABURU I, TIANGUÁ/CE

MODELAGEM DE ÁREAS SUSCETÍVEIS À INUNDAÇÃO NA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO CUBATÃO SUL

Segurança de novas metodologias e cálculos hidrológicos e o planejamento. Prof. Aloysio Portugal Maia Saliba EHR / UFMG

MAPEAMENTO DA ÁREA INUNDADA RESULTANTE DA PROPAGAÇÃO DE ONDA DE CHEIA ORIUNDA DE RUPTURA HIPOTÉTICA DE BARRAGEM ESTUDO DE CASO: BARRAGEM DA PAMPULHA

COMPARAÇÃO DE MÉTODOS DE CÁLCULO DA RUPTURA DE UMA BARRAGEM HIPOTÉTICA

RETROANÁLISE DA BRECHA DE RUPTURA DA BARRAGEM DE CONTENÇÃO DE REJEITOS SÃO FRANCISCO, MIRAÍ, MINAS GERAIS

Segurança de Barragens: Regulação e Pontos de Atenção

Classificação: Público

INVESTIGAÇÃO DA INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS DEFINIDORES DA FORMAÇÃO DA BRECHA DE RUPTURA DE UMA BARRAGEM SOBRE O HIDROGRAMA DE CHEIA A JUSANTE

Mecânica dos Fluidos Ambiental II

ANÁLISE DO ROMPIMENTO HIPOTÉTICO DE UMA BARRAGEM NA SERRA GAÚCHA ANALYSIS OF A HYPOTHETICAL DAM BREAK IN SOUTHERN BRAZIL

INSTRUÇÃO TÉCNICA DPO nº 11, DE 30/05/2017

SEGURANÇA DE BARRAGENS

APLICAÇÃO DO MÉTODO SIMPLIFICADO A BARRAGENS DO ESTADO DE MINAS GERAIS

VIII Simpósio Brasileiro sobre Pequenas e Médias Centrais Hidrelétricas 01 a 04/05/2012

REUNIÃO ORDINÁRIA DA COMAT

CHEIA MÁXIMA PROVÁVEL DO RIO TELES PIRES

ESTUDOS HIDROLÓGICOS E ENERGÉTICOS. Paulo Antunes da Rocha Bruno van der Meer

A Nova Lei Federal de Segurança de Barragens e o Papel do Minerador na Segurança de Barragens de Rejeitos

SIMULAÇÃO DE ONDAS GERADAS PELO VENTO NO RESERVATÓRIO DA USINA HIDRELÉTRICA DE TRÊS MARIAS SIMULATION OF WIND WAVES IN TRÊS MARIAS RESERVOIR

Modelagem hidrológica da bacia hidrográfica do Rio Macaé utilizando o MOHID Land

RECURSOS HÍDRICOS AVALIAÇÃO DA EXTENSÃO DE ZONAS DE MISTURA DE EFLUENTES PARA A PORÇÃO SUPERIOR DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO SANTA MARIA DA VITÓRIA

Capítulo 8 Falhas em pequenas barragens

OUTORGA. Obtenção da Outorga De Direito de Uso de Recursos, Órgão Responsável pela emissão D.A.E.E. Decreto Nº de 31/10/96

COMPARAÇÃO DE DUAS METODOLOGIAS PARA DETERMINAÇÃO DO VOLUME DE DETENÇÃO EM PEQUENAS BACIAS URBANAS O CASO DE PORTO ALEGRE/RS BRASIL.

AVALIAÇÃO DO RISCO DE ROMPIMENTO DA BARRAGEM DE UMA PEQUENA CENTRAL HIDRELÉTRICA NA BACIA DO RIO DO PEIXE. Matheus Willinghoefer

Endereço (1) : Rua Cobre, Cruzeiro - Belo Horizonte - MG - CEP: Brasil - Tel: (31)

VIII-Castro-Brasil-1 COMPARAÇÃO ENTRE O TEMPO DE RETORNO DA PRECIPITAÇÃO MÁXIMA E O TEMPO DE RETORNO DA VAZÃO GERADA PELO EVENTO

Rompimento de Barragens

RESOLUÇÃO N o 55, DE 28 DE NOVEMBRO DE 2005

AVALIAÇÃO DA INCERTEZA EM VARIÁVEIS DE INUNDAÇÃO POR ROMPIMENTO DE BARRAGEM DEVIDO À VARIAÇÃO DO COEFICIENTE DE RUGOSIDADE

ANÁLISE DAS FLUTUAÇÕES DE PRESSÃO JUNTO AO FUNDO EM BACIAS DE DISSIPAÇÃO POR RESSALTO HIDRÁULICO

INSTRUMENTO DE APOIO A GESTÃO DE ZONAS INUNDÁVEIS EM BACIA COM ESCASSEZ DE DADOS FLUVIOMÉTRICOS. Adilson Pinheiro PPGEA - CCT - FURB

Capítulo 81 Torre de captação de água e descarregador de fundo de seção circular

MANUAL DE PROJETOS DE SANEAMENTO MPS MÓDULO 12.9

INTRODUÇÃO vii 1 DETERMINAÇÃO DE CAUDAIS DE PONTA DE CHEIA EM PEQUENAS BACIAS HIDROGRÁFICAS 1 C L Á U D I A B R A N D ÃO RU I ROD R I G U E S

SERVIÇO GEOLÓGICO DO BRASIL CPRM DIRETORIA DE HIDROLOGIA E GESTÃO TERRITORIAL DHT

SEMINARIO GESTÃO DA SEGURANÇA DE BARRAGENS DE MINERAÇÃO (24/11 a 25/11/2014) WALTER LINS ARCOVERDE Diretor de Fiscalização Minerária

Uma Pergunta Que Não Cala!

Capítulo 131 Hidroelétrica de pequeno porte

Universidade do Minho - Escola de Engenharia MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL Plano de Trabalhos para Dissertação de Mestrado 2013/14

PROPAGAÇÃO DE ONDAS DE CHEIA À JUSANTE DA BARRAGEM DE XINGÓ LOCALIZADA NO RIO SÃO FRANCISCO

- INTERPRETAÇÃO DE DADOS. Análise dos resultados Integração entre áreas de Engenharia / Obra / Manutenção

CURSO DE CAPACITAÇÃO EM ESTRUTURAS DE BARRAGENS: TERRA, ENROCAMENTO E REJEITOS

Capítulo 81 Torre de captação de água e descarregador de fundo de seção circular 81-1

CURSO DE CAPACITAÇÃO EM ESTRUTURAS DE BARRAGENS: TERRA, ENROCAMENTO E REJEITOS

USO DE UM MODELO MATEMÁTICO CALIBRADO PARA SIMULAR CENÁRIOS DE DEMANDA FUTURA EM UMA REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA DENTRO DE UM CAMPUS UNIVERSITÁRIO

DIRETRIZES PARA ELABORAÇÃO

Riscos de inundações fluviais e estuarinas

COMPARAÇÃO ENTRE CRITÉRIOS PARA DETERMINAÇÃO DE HIDROGRAMAS DE RUPTURA DE BARRAGENS

RESOLUÇÃO N o 143, DE 10 DE JULHO DE (Publicada no D.O.U em 04/09/2012)

PROGRAMA ANALÍTICO E EMENTA DE DISCIPLINA DA PÓS GRADUAÇÃO

ANÁLISE MORFOMÉTRICA DA SUB-BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO ESPINHARAS-PB

DESENVOLVIMENTO DE METODOLOGIAS ADEQUADAS PARA O GERENCIAMENTO DE ÁGUAS PLUVIAIS E O CONTROLE DA POLUIÇÃO DA ÁGUA EM ÁREAS URBANAS

O CONTROLE DE CHEIAS E A GESTÃO DE. Joaquim Gondim

METODOLOGIAS DE INSPEÇÃO E SEGURANÇA DE BARRAGENS APLICADAS AO SISTEMA FECOERGS

Segurança de Barragens no Estado do Rio de Janeiro Período: Novembro 2015 a Março 2016

CAPUTO, H.P., Mecânica dos Solos e Suas Aplicações vol 2, Livros Técnicos e Científicos, Rio de Janeiro, 1974.

SUMÁRIO. CAPíTULO 1 APRESENTAÇÃO

CICLO HIDROLÓGICO CICLO HIDROLÓGICO CARACTERIZAÇÃO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS

DIRETRIZES PARA PROJETO

Conceitos. Diretrizes de Projeto

Comparação entre uma neuroprevisão(empírica) e um modelo físico simplificado para estimação hidrológica

ASPECTOS DO DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DO CANAL DE DERIVAÇÃO DA UHE BELO MONTE

MODELAÇÃO DA PROPAGAÇÃO DE CHEIAS OCASIONADAS POR ROMPIMENTO DE BARRAGENS NA CADEIA DE GERAÇÃO DO RIO PARANAPANEMA

Balanço Hídrico Quantitativo. Oferta-Demanda. Brasília - DF

Marcelo Gomes Miguez

DISCUSSÕES SOBRE OS MODOS DE FALHA E RISCO DE GALGAMENTO DE BARRAGENS DE REJEITOS

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL JONAS DE FREITAS KUHLKAMP

BARRAGENS DE REJEITO: PROJETO,CONSTRUÇÃO E OPERAÇÃO 17/04/2019

Grupo Técnico de Segurança de Barragens CEIVAP

CARACTERIZAÇÃO E MEDIDAS MITIGADORAS DAS INUNDAÇÕES EM VILAMOURA, ALGARVE

Norma Técnica Interna SABESP NTS 019

8 Conclusões e Considerações Finais

ESTRUTURAS GEOTÉCNIAS NA LEGISLAÇÃO BRASILEIRA

DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE MANNING EM CANAL EXPERIMENTAL

REVISTA AIDIS. de Ingeniería y Ciencias Ambientales: Investigación, desarrollo y práctica.

Dissipador de energia Tipo IX rampa dentada

ESCOAMENTOS UNIFORMES EM CANAIS

CALIBRAÇÃO DE MODELO NUMÉRICO UNIDIMENSIONAL PARA SIMULAÇÃO DE ESCADA DE PEIXES DO TIPO RANHURA VERTICAL

Capítulo 8 Falhas em pequenas barragens

Hidráulica e Hidrologia

Escoamentos em Superfícies Livres

PEDRO GUILHERME DE LARA METODOLOGIA PROBABILÍSTICA DE PREVISÃO DE BRECHA DE RUPTURA DE BARRAGENS

SEGURANÇA DE BARRAGENS NO ESTADO DO RIO DE JANEIRO (Código 10940)

BARRAGENS DE TERRA E DE ENROCAMENTO AULA 3. Prof. Romero César Gomes - Departamento de Engenharia Civil / UFOP

DIEGO ROGER BORBA AMARAL

Capítulo 6 Fluxo de água em canais abertos

Departamento de Engenharia Civil Disciplina : Hidrologia (HIA0001) Prof. Dr. Doalcey Antunes Ramos

Proposições para auxiliar a elaboração de um plano de ação emergencial para a barragem de Chapéu d Uvas

BARRAGENS EM RIOS INTERNACIONAIS COM EFEITOS TRANSFRONTEIRIÇOS INDUZIDOS POR ACIDENTES GRAVES. A EXPERIÊNCIA IBÉRICA

Transcrição:

ESTUDO DOS HIDROGRAMAS FORMADOS POR PIPING E GALGAMENTO PARA PROPAGAÇÃO DE ONDA DE CHEIA PROVENIENTE DE RUPTURA DE BARRAGEM - ESTUDO DE CASO: BARRAGEM DE CHAPÉU D UVAS - MG André Felipe Rocha da Silva 1* Celso Bandeira de Melo Ribeiro 2 1 Universidade Federal de Minas Gerais 2 Professor do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da Universidade Federal de Juiz de Fora andre.felipe194@gmail.com RESUMO Cenários de ruptura de barragens são raros, mas quando ocorrem, possuem um elevado potencial de destruição no vale a jusante. A partir disso, se torna relevante o desenvolvimento de estudos que possibilitem a caracterização desses cenários, permitindo a avaliação dos efeitos que o acidente pode causar e auxiliando assim, no adequado planejamento para uma situação de emergência. Com isso, o presente trabalho tem como objetivo apresentar a preparação da base de dados para análise da propagação da onda de cheia proveniente da ruptura hipotética da barragem de Chapéu d Uvas, localizada a montante da cidade de Juiz de Fora - MG. Para realização do estudo, primeiramente, foram adquiridos e processados, através dos softwares AutoCAD Civil 3D e HEC-RAS, todos os dados topográficos a jusante do barramento até a divisa do munícipio de Juiz de Fora com Matias Barbosa. Em seguida, foram analisados dois possíveis cenários de ruptura, sendo que para cada um foram determinadas as características e tempo de formação da brecha na barragem, a vazão de pico e o hidrograma de ruptura. Por fim, foi realizado um teste preliminar de simulação da onda para verificação dos dados. Foi observada uma variabilidade considerável entre os dados obtidos para características do rompimento, resultando em um elevado grau de incerteza para caracterizar a situação o mais próximo possível de um cenário de ruptura real. Todos os dados do modelo foram processados de maneira correta, porém os resultados demonstraram instabilidade, indicando necessidade de refinamento da geometria, com dados mais precisos, e ajustes para verificação da sensibilidade e melhoria na precisão da simulação. INTRODUÇÃO Os benefícios da construção de barragem quanto, por exemplo, à disponibilidade de quantidades adequadas de água com a devida qualidade e de suprimento adequado de energia, quanto também a compensação das variações no ciclo hidrológico, com fornecimento vazão consistente para manter o fluxo diário necessário dos rios, são inegáveis (ICOLD, 2008). Entretanto, essas estruturas, acabam por gerar impactos negativos. Segundo Almeida (2001), os principais impactos causados por uma barragem são: inundação do vale a montante da barragem pelo reservatório e a eventual transferência de populações, alteração do regime natural das cheias ou das vazões no vale resultantes da operação das barragens; ameaça de uma eventual falha de segurança na barragem e da consequente ruptura total ou parcial. Dentre os impactos citados, destaca-se a consequente ruptura da estrutura. Esses cenários de ruptura de barragens possuem baixa probabilidade de ocorrência, mas apresentam um elevado potencial de causar danos ao vale a jusante devido ao grande volume de água ou rejeitos concentrados nos reservatórios. Somente no século XX, foram registrados cerca de 200 acidentes graves com barragens no mundo, que causaram a morte de mais de 8.000 pessoas e deixaram outras milhares desabrigadas (BALBI, 2008). As prováveis causas de ruptura de uma barragem estão associadas às causas naturais e as ações humanas. Sendo que esses dois fatores podem ocorrer de maneira simultânea ou não (MASCARENHAS, 1990). Segundo Eletrobrás (2003), as principais causas de ruptura são: rompimento de uma das faces da barragem, montante ou jusante; ruptura da fundação, através fratura da rocha e deslizamento de camadas; galgamento, normalmente por um evento hidrológico extremo; ruptura por entubamento, em função de falhas no corpo da barragem, e por ações de guerra ou terrorismo. Após graves acidentes, como em Tento, Malpasset e Vanjot, localizados nos Estados Unidos, França e Itália, respectivamente, os governantes e organizações passaram a se conscientizar mais sobre as consequências de uma ruptura de barragem. Com isso, começaram a surgir leis que regulamentavam a construção, operação e 1

manutenções de barragens, onde os responsáveis pelas barragens passaram a ser exigidos a elaborarem um plano de ações emergências (ICOLD, 1998). No Brasil, a verificação pelo Governo Federal da necessidade de atuação de forma mais eficaz em relação à segurança, ocorreu após as consequências provenientes da ruptura das barragens de Rejeitos de Mineração do Rio Verde, em 2001 e de Rejeitos da Indústria de Papel Cataguases, em 2003 (LAURIANO, 2009). No mesmo ano de 2003, foi criado o Projeto de Lei nº 11821/2003 (BRASIL, 2003), que estabelecia a Política Nacional de Segurança de Barragens (PNSB) e propunha a criação o Sistema Nacional de Informações sobre Segurança de Barragens (SNISB). Somente em 2010, a Lei 12.334/2010 estabeleceu a Política Nacional de Segurança de Barragens e criou o Sistema Nacional de Informações sobre Segurança de Barragens (BRASIL, 2010). Dentre os instrumentos apresentados se destacam a classificação de barragens e o plano de segurança de barragens. A classificação de barragens, fundamentada pelos nos critérios adotados pelo Conselho Nacional de Recursos Hídricos apresentados na Resolução nº143/2012 (CRNH, 2012), propõe a classificação por dano potencial associado, no qual são considerados termos econômicos, sociais, ambientais ou de perda de vidas humanas considerando todos esses impactos em um possível cenário de ruptura, e a classificação por categoria de risco, no qual a análise é baseada em aspectos da própria barragem que possam influenciar na possibilidade de ocorrência de acidente. São consideradas as características técnicas, o estado de conservação e o plano de segurança da barragem. O Plano de Segurança de Barragens deve conter desde informações básicas do empreendimento até estudos mais complexos, como elaboração de Plano de Ações Emergenciais (PAE). Em barragens de acumulação de água em cursos d água de domínio da união, o Plano de Segurança é regulamentado pela Resolução nº91/2012 da Agência Nacional de Águas (ANA, 2012). A resolução estabelece a periocidade de atualização, a qualificação do responsável técnico, o conteúdo mínimo e o nível de detalhamento do plano. Todas as barragens classificadas como Classe A ou com dano potencial associado alto devem possuir o Plano de Ações Emergenciais apresentando as ações a serem executadas pelo responsável da barragem em situações de emergências e definir os agentes que devem ser envolvidos para essa ocorrência. O plano tem como objetivo mitigar os efeitos provocados pela onda de cheia causada pela ruptura. Para sua elaboração, é necessário levantamentos de dados através de uma série de estudos que envolvem respostas durante períodos de intempéries, fontes de energia, estudos de propagação da cheia e mapas de inundação do vale a jusante do barramento para determinação das zonas de risco (MINISTÉRIO DA INTEGRAÇÃO NACIONAL, 2002). Visto a magnitude de um possível caso de ruptura de uma barragem e constante evolução sobre segurança de barragens, torna-se relevante desenvolver estudos que possibilitem a melhor caracterização e conhecimento desses cenários. Atualmente, estão sendo realizados diversos trabalhos com a utilização de modelagem hidrodinâmica na análise da propagação da onda de cheia. Esses modelos fornecem informações necessárias para elaboração de mapas de inundação e hidrogramas de passagem da onda de cheia a jusante do barramento, permitindo assim, o conhecimento das áreas de risco e servindo como subsídio para classificação de risco, planejamento de ações de emergência e tomadas de decisões em uma situação de ruptura de barragem (LAURIANO, 2009). Para análise da ruptura, Viseu e Martins (1997) apud Brasil (2005) propõem três cenários. Dois relacionados à ruptura hipotética, onde um considera a envoltória máxima para as áreas de risco a jusante, sendo essencial o estabelecimento do sistema de aviso e alerta, e do plano de emergência, e outro, a ruptura mais provável, utilizado para fins de uso e ocupação do território a jusante. E por último, um de operação extrema do reservatório, associado a uma cheia natural sem ocorrer o colapso da estrutura. A recomendação para análise da ruptura de uma barragem proposta pelo Comitê Internacional de Grandes Barragens em seu Boletim 111 propõe quatro passos: elaboração do hidrograma de ruptura, propagação da onda de cheia, geração dos mapas de inundação e elaboração de Planos de Contingências (ICOLD, 1998). Para o cálculo do hidrograma de ruptura é necessário conhecimento da vazão de pico e das características da brecha de ruptura, sendo que a sua formação está relacionada ao tipo de barragem. Para barragens de concreto, a ruptura tende ser instantânea e se considera, na maioria dos casos, o colapso total da barragem. Já para estruturas de terra, é adequado considerar a ruptura de maneira progressiva, e, de acordo com dados históricos, a geometria final apresenta forma trapezoidal (FROEHLICH & TUFAIL, 2004). Por ser um escoamento tipicamente tridimensional, possuindo significativa variação nas grandezas hidráulicas de espaço e tempo, um estudo do escoamento resultante de uma ruptura de barragem envolve fenômenos hidráulicos complexos e de difícil caracterização matemática (MASCARENHAS, 1990). Com intuito de auxiliar 2

nesse complexo estudo, é utilizado um modelo hidrodinâmico para propagação do hidrograma de ruptura e simulação do movimento da onda de cheia ao longo do vale a jusante da barragem. A saída numérica resultante da modelagem da onda de ruptura pode-se associar à cartografia do vale a jusante gerando os mapas de inundação. Esses mapas são de grande importância para o PAE, pois vão determinar as áreas de possível risco a sofrerem impactos provenientes de uma ruptura de barragem, e, assim, as informações contidas nos mesmos serão a base para definições de estratégias de proteção a tomar e irão melhorar a gestão do uso e ocupação do solo e determinar as áreas prioritárias de evacuação (LAURIANO, 2009). O principal objetivo dos mapas de inundação é mostrar a extensão e o tempo esperado de uma cheia proveniente da ruptura de uma barragem para regiões de interesse, auxiliando o gerenciamento das ações de emergência por parte das autoridades e proprietários da barragem (BALBI, 2008). OBJETIVO O presente trabalho tem como objetivo a determinação do hidrograma de ruptura e análise da propagação da onda de cheia, proveniente da ruptura hipotética da barragem de Chapéu d Uvas, em Juiz de Fora (MG). MATERIAIS E MÉTODOS A barragem de Chapéu d Uvas, atualmente, é administrada pela Cesama e é utilizada para controle de vazão do rio Paraibuna e para abastecimento de grande parcela da cidade de Juiz de Fora. A barragem principal é de terra protegida por enrocamento, constituída por um aterro homogêneo de solo residual compactado, cuja fundação se faz diretamente sobre rocha. Tem 40 metros de altura máxima, 350 metros de comprimento e largura da crista de 11 metros, com cota é 745,5 metros (MACHADO, 2012). Segundo dados da Cesama e baseando na Resolução nº 143/2012 do CNRH, a barragem é classificada como de alto risco em relação ao dano potencial associado, com nota igual a 25, e baixo risco quanto à Categoria de Risco, com nota igual a 34. Sendo assim, segundo a Resolução nº91/2012 da ANA, a barragem é considerada como de classe A, devendo possuir, como citado na PSNB, um Plano de Ações Emergenciais, subsidiado por estudos de propagação da cheia e mapas de inundação do vale a jusante do barramento para determinação das zonas de risco e contendo as ações a serem executadas pelo responsável pela barragem em situações de emergências e com a definição dos agentes que devem ser envolvidos para essa ocorrência. A jusante do barramento, está localizada toda região urbana do munícipio de Juiz de Fora (FIGURA 1). A cidade está contida na bacia do Médio Paraibuna, pertencente à bacia do rio Paraíba do Sul, e seu perímetro urbano é drenado por 156 sub-bacias de diversas dimensões. Do ponto de vista morfológico, a bacia do Médio Paraibuna possui tributários com perfis longitudinais relativamente acentuados, que desembocam no rio principal com gradiente moderadamente baixo. O rio Paraibuna possui declividade média bastante variada, sendo que no trecho central de Juiz de Fora é bastante moderada, da ordem de 1,0m/km (CESAMA, 2017). 3

Figura 1:Localização do Munícipio de Juiz de Fora - MG Fonte: Autoria própria Foram analisados dois cenários de ruptura hipotética, um por galgamento considerando a envoltória máxima para as áreas de risco a jusante, sendo essencial para o estabelecimento do sistema de aviso e alerta, e do plano de emergência, e outro, por piping, a ruptura mais provável, considerando o NA médio operacional (cota igual a 732m), sendo essencial para fins de uso e ocupação do território a jusante. Em ambas as situações, o volume do reservatório foi obtido pela curva Cota x Volume do reservatório (CESAMA, 2017), 180000000m³ e 6000000m³ para galgamento e piping, respectivamente. Para análise das características da brecha, foram utilizadas as equações empíricas propostas por Von Thun and Gillette (1990), Froehlich (2008) e Xu and Zhang (2009) como apresentado na Tabela 1. Sendo que para análise de Von Thun and Gillette (1990), Froehlich (2008) há uma prévia determinação da inclinação lateral da brecha e altura da mesma é considerada como a altura da própria barragem. Parâmetro Tabela 1: Equações para determinação da característica da brecha de ruptura Von Thun and Gillette (1990) Largura média (m) 2,5H w + C b 0,27K 0 V w 0,32 H b 0,04 Froehlich (2008) Xu and Zhang (2009) (0,787 ( H 0,133 d ) ( V 1 0,652 3 w ) e b 3+b 4 +b 5 ) H H r H b w Largura do topo (m) - - (1,062 ( H 0,092 d ) ( V 1 0,508 3 w ) e b 3+b 4 +b 5 ) H H r H b w Altura (m) - - (C 1 0,025 ( H d H r )) H d Tempo de formação (h) 0,020H w + 0,25 (63,2 V w gh w 2 )/3600 0,707 (0,304 (H d ) ( V 1 3 w ) H r H w Fonte: Von Thun and Gillette (1990), Froehlich (2008) e Xu and Zhang (2009) 1,228 e b 3+b 4 +b 5 ) T r 4

Nos quais: B m é a largura da brecha média [m]; H w é a altura do volume armazenado no reservatório no início da ruptura [m]; C b é um valor em função do volume de água armazenada no reservatório; t f é o tempo de formação [h]; V w é o volume de água no instante inicial da ruptura [m 3 ]; H b é a altura final da brecha [m 3 ]; K 0 = 1,3 e 1,0 para rupturas por galgamento e outros modos de ruptura, respectivamente; T f o tempo de formação [s]; g é a aceleração da gravidade com valor de 9,81 m 2 /s; H d é altura da barragem [m]; H r é o valor da variável de controle utilizada na regressão com valor de 15 metros; B t é a largura do topo da brecha [m]; e T r é a variável de controle utilizada na regressão com valor de 1 hora. Com as características da brecha definidas e a partir das equações empíricas apresentadas por Brasil (2005) (TABELA 2), foram calculadas as vazões de pico para elaboração do hidrograma de ruptura. Tabela 2: Fórmulas para determinação da Vazão de Pico Autor Lou (1981) apud Mascarenhas (1990) Vazão de Pico Q p = 7,638H d 1,909 Nos quais: Hagen (1982) Q p = 1,205(H d V) 0,48 Saint-Venant (-) apud Verol et al. (2013) Q p = 8 27 B 2 d gy MÉDIO Schoklistch (1917) apud ICOLD (1998) Q p = 8 1 27 (B d ) B b Bureau of Reclamation (1982) Q p = 19H d 1,85 3 2 3 Bb gy 2 MÉDIO Singh (1996) Q p = 1,7B d H b 3 2 Wetmore e Fread (1981) apud French (1985) 1,94 A s B Q p = 1,7B d d t f + [ 1,94A s { (B d H d ) ] } Fonte: Adaptado BRASIL, 2005 Q p é a descarga máxima defluente da barragem em ruptura [m³/s]; V é o volume do reservatório para o NA máximo [m³]; Y MÉDIO é a profundidade média no reservatório no instante da ruptura [m]; A s é a área do reservatório para o NA máximo [m²]; e B d é a largura da barragem [m]. Para auxílio na escolha da vazão de pico, foi utilizado o estudo de Wahl (1988), que baseado em estudos e casos de rupturas já ocorridos, relaciona valores observados da mesma a partir da altura da barragem e nível da água no momento da ruptura, volume total do reservatório e volume de água acima da brecha, e através do produto das variáveis altura e volume. 3 5

A determinação do hidrograma de rutptura da barragem foi baseada no hidrograma com decaimento parabólico apresentado por (BARFIELD et al., 1981 apud WALTHER et al., 2000) (EQUAÇÃO 1). Tal tipo é mais condizente com casos já ocorridos em barragens de terra e por caracterizar de modo mais gradual o esvaziamento do reservatório comparado ao hidrograma triangular simplificado. Q(t) = Q p [( 1 T p ) e (1 t T p ) ] k (1) Nos quais: T p é o tempo de pico [h]; e K é o fator de ponderação, varia entre 0,01 e 5,0 e que é calibrado de tal modo que o volume do hidrograma de ruptura seja igual ao volume do reservatório. Por fim, foi realizada uma simulação preliminar no HEC-RAS, com dados de topografia a jusante do barramento, com dados da tecnologia LiDAR (Light Detection and Ranging), obtidos através da prefeitura de Juiz de Fora (JUIZ DE FORA, 2007) e processados através do software AutoCAD Civil 3D, para teste de ambas situações de ruptura citadas. RESULTADOS E DISCUSSÃO Em relação à caracterização da brecha, as Tabelas 3 e 4 apresentam os resultados obtidos para ambos os cenários de ruptura. Tabela 3:Parâmetros da brecha obtidos pelas equações empíricas para ruptura por galgamento Parâmetro Von Thun and Gillette (1990) Froehlich (2008) Xu and Zhang (2009) Largura média (m) 154,90 178,27 119,76 Largura do topo (m) 164,90 198,27 228,64 Largura da base (m) 144,90 158,27 10,89 Inclinação 0,5H:1,0V 1,0H:1,0V 6,9H:1,0V Altura (m) 40,00 40,00 31,65 Tempo de formação (h) 1,05 1,88 11,32 Tabela 4:Parâmetros da brecha obtidos pelas equações empíricas para ruptura por piping Parâmetro Von Thun and Gillette (1990) Froehlich (2008) Xu and Zhang (2009) Largura média (m) 122,40 94,98 71,30 Largura do topo (m) 129,15 108,48 135,34 Largura da base (m) 115,65 81,48 7,26 Inclinação 0,5H:1,0V 1,0H:1,0V 4,1H:1,0V Altura (m) 40,00 40,00 31,65 Tempo de formação (h) 0,79 1,61 11,33 6

Von Thun and Gilette (1990) e Froehlich (2008), não apresentam fórmulas para o cálculo da altura da brecha. Por isso, USACE (2014) recomenda a utilização da altura da barragem para representação do parâmetro. USACE (2014) ainda afirma que o tempo de formação para Xu and Zhang (2009) é sempre superior às outras equações pela metodologia aplicada no estudo para elaboração das fórmulas. Com isso, é recomendável não utilizar o tempo de formação obtido por esses autores para análise de ruptura de barragens. Como USACE (2014) recomenda a utilização somente de um autor para definição das características da brecha e visto que para o estudo pretende-se analisar a situação de maior risco possível, adotaram-se os parâmetros obtidos por Von Thun and Gilette (1990), por apresentar o tempo de formação menor e por consequência, resultar em uma propagação de um maior volume de água em intervalo de tempo menor. Através Tabela 5, percebe-se a grande variedade de valores encontrados para vazão de pico em ambos os casos. Percebe-se ainda que para Lou (1981) e Hagen (1982), o volume de água do reservatório e características da brecha não influenciam na vazão. Tabela 5: Valores de vazões de pico obtidos pelas equações empíricas Autor Galgamento Vazão de Pico (m³/s) Piping Lou (1981) 8.735,99 8.735,99 Hagen (1982) 57.559,54 57.559,54 Saint-Venant (-) 16.410,53 8.769,86 Schoklistch (1917) 54.665,14 26.948,28 Bureau of Reclamation (1982) 17.480,93 8.448,44 Singh (1996) 66.617,81 29.192,82 Wetmore e Fread (1981) 42.781,95 40.141,03 Pelo estudo apresentado por Wahl (1988), através das características da barragem e da brecha de ruptura, a vazão máxima para Chapéu d Uvas seria de aproximadamente 20.000 m³/s e 9.000m³/s para o primeiro e segundo cenário, respectivamente. Visto a representação de um cenário mais extremo possível de ruptura, foi adotada a maior vazão de pico obtida abaixo dos maiores do recomendado por Wahl (1998), ou seja, para o galgamento a vazão de pico de 17.480,93m³/s encontrada pela equação de Bureau of Reclamation (1982) e para o piping de 8.735,99m³/s encontrada por Lou (1981). Vale ressaltar, que para o piping a maior vazão encontrada foi pela equação de Saint-Venant, mas pelo fato da fórmula representar situações de remoção instantânea e total do barramento, o que é mais comum em estruturas de concreto, a mesma não foi considerada. Para facilitar a situação e demonstrar a diferença de volume de água do reservatório em cada cenário, a Figura 2 apresenta os hidrogramas de ruptura obtidos para ambas as situações. 7

Vazão (m³/s) Figura 2: Hidrogramas de Ruptura para Barragem de Chapéu d'uvas 20000 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 0,00 5,00 Tempo (h) 10,00 15,00 Galgameto Piping Com já esperado, o hidrograma relacionado à ruptura de barragens resultante do estudo é caracterizado pela rápida ascensão até um valor elevado na descarga líquida e na subsequente depleção lenta até valores reduzidos na descarga. Seus valores excedem significativamente em relação aos hidrogramas de cheias com diferentes tempos de recorrência. Em relação ao teste preliminar de simulação no HEC-RAS, em ambas as situações, a geometria e a simulação foram realizadas sem apresentar problemas. Porém, ao analisar os resultados, foi verificada uma instabilidade significativa no modelo, com variações bruscas e picos de vazões e cotas, principalmente na simulação do cenário de ruptura por galgamento, como demonstrado nas Figuras 3 (a) e (b), onde são apresentados os dados de vazão e cota em relação ao tempo da estação 54500, localizada a aproximadamente dois quilômetros da barragem. Figura 3:Gráfico com informação de vazão e cota em relação ao tempo na estação 54500: a) galgamento e b) piping a) b) Tais observações indicam a necessidade de ajustes no modelo e de um refinamento da geometria, como obtenção de dados mais precisos, adições de seções transversais e análise de sensibilidade nos coeficientes de rugosidade e análise de remanso, provocado pelo grande volume de água propagado pela onda de cheia. CONCLUSÃO Com a crescente preocupação relacionada à segurança de barragens e com o histórico de casos de ruptura ocorridos, estudos de análise da propagação e mapeamento dessas áreas com potencial risco de inundação devido 8

a essas situações são de extrema importância para auxílio no planejamento de ações de emergência e tomadas de decisões em um cenário de ruptura de barragem. Principalmente em contextos como da Barragem de Chapéu d Uvas, onde no vale a jusante do barramento há concentração populacional em risco, elevando os impactos de uma possível ruptura. Como visto, há uma grande variabilidade de equações e metodologias para obtenção das características da brecha de ruptura e vazão de pico. Essas diferentes abordagens podem afetar a determinação do hidrograma de ruptura resultando em uma incerteza ao caracterizar a situação com significativa acurácia e influenciando na taxa de escoamento da água e no potencial de inundação das áreas a jusante do barramento. Portanto, a escolha desses parâmetros deve-se basear em análise de recomendações existentes e no critério de segurança que se pretende avaliar no estudo. O HEC-RAS é uma ferramenta muito útil para estudos de propagação de onda de cheia, mas em situações de regime não-permanente, a simulação é complexa, o que resulta em uma necessidade de dados precisos e confiáveis para o correto processamento. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALMEIDA, A. B. Emergência e gestão do risco. In: Curso de Exploração e Segurança de Barragens. Capítulo 7. Lisboa: Instituto Nacional da Água (INAG), 2001. 104p ANA Agência Nacional de Águas. Resolução nº 91 de 02 de abril de 2012. Estabelece a periocidade de atualização, a qualificação do responsável técnico, o conteúdo mínimo e o nível de detalhamento do Plano de Segurança da Barragem e da Revisão Periódica de Segurança da Barragem. Brasília, 2012. BALBI, D. A. F. Metodologias para a Elaboração de Planos de Ações Emergenciais para Inundações Induzidas por Barragens. Estudo de Caso: Barragem de Peti MG. 337 f. Dissertação (Mestrado em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos). Escola de Engenharia. Universidade Federal de Minas Gerais. Belo Horizonte, 2008. BARFIELD, B. J.; WARNER, R. C.; HAAN, C. T. Applied Hydrology and Sedimentology for Disturbed Areas. Oklahoma Technical Press, p. 104-108, 1981. BRASIL. Congresso Nacional. Projeto de Lei nº 1181 de julho de 2003. Estabelece a Política Nacional de Segurança de Barragens - PNSB e cria o Conselho Nacional de Segurança de Barragens CNSB e o Sistema Nacional de Informações sobre Segurança de Barragens SNISB. Brasília, 2003. BRASIL. Lei nº 12.334, de 20 de setembro de 2010. Estabelece a Política Nacional de Segurança de Barragens destinadas à acumulação de água para quaisquer usos, à disposição final ou temporária de rejeitos e à acumulação de resíduos industriais, cria o Sistema Nacional de Informações sobre Segurança de Barragens e altera a redação do art. 35 da Lei no 9.433, de 8 de janeiro de 1997, e do art. 4o da Lei no 9.984, de 17 de julho de 2000. Brasília, DF, 2010 BRASIL, L. S. S. Utilização de Modelagens Uni e Bidimensional para a Propagação de Onda de Cheia Proveniente de Ruptura Hipotética de Barragem. Estudo de Caso: Barragem Rio de Pedras. 203f. Dissertação (Mestrado em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos). Escola de Engenharia. Universidade Federal de Minas Gerais. Belo Horizonte, 2005. CESAMA. Hidrografia em Juiz de Fora. Disponível em: < http://www.cesama.com.br/?pagina=hidrografia> Acesso em: 28 set. 2017. CNRH Conselho Nacional de Recursos Hídricos. Resolução nº 143, de 10 julho de 2012. Estabelece critérios gerais de classificação de barragens por categoria de risco, dano potencial associado e pelo volume do reservatório. Brasília, 2012. ELETROBRÁS. Centrais Elétricas Brasileiras S. A. Critérios de projeto civil de usinas hidrelétricas. Brasília, 2003, 279 p. FRENCH, R. H. Open-Channel Hydraulics. McGRAW-HILL International Editions, 1985, 739 p. 9

FROEHLICH, D. C.; TUFAIL, M. Evaluation and Use of Embankment Dam Breach Parameters and their Uncertainties. In: PROCEEDINGS OF THE ANNUAL CONFERENCE OF THE ASSOCIATION OF STATE DAM SAFETY OFFICIALS. 2014. Phoenix. Anais Phoenix, 2004, 15 p. FROEHLICH, D. C. Embankment dam breach parameters and their uncertainties, Journal of Hydraulic Engineering, v. 134, n. 12 (5), p. 1708-1720, 2008. HANGEN, V. K. Re-evaluation of Design Floods and Dam Safety. In: CONGRESSO DE GRANDES BARRAGENS, 14., 1982. Rio de Janeiro. Anais Rio de Janeiro, 1982, 16 p. ICOLD INTERNATIONAL COMISSION ON LARGE DAMS. Dam break flood analysis: review and recommendations. Bulletin 111. Paris, 1998, 301 p. JUIZ DE FORA. Prefeitura Municipal. Secretaria de Planejamento e Gestão. Base Cartográfica Digital de Juiz de Fora. Esteio, 2007. LAURIANO, A, W. Estudo de Ruptura da Barragem de Funil: comparação entre os modelos FLDWAV e HEC- RAS. 251f. Dissertação (Mestrado em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos). Escola de Engenharia. Universidade Federal de Minas Gerais. Belo Horizonte. Minas Gerais. 2009. LOU, W. C. Mathematical Modeling of Earth Dam Breaches. Tese (Doutorado em Engenharia). Colorado State University. Fort Collins. Colorado, 1981. MACHADO, P. J. de O. Diagnóstico Ambiental e Ordenamento Territorial instrumentos para a gestão da Bacia de Contribuição da Represa de Chapéu D Uvas/MG. 244 f. Tese (Doutorado em Geografia). Universidade Federal Fluminense. Niterói, 2012. MASCARENHAS, F. C. B. Modelação Matemática de Ondas Provocadas por Ruptura de Barragens. 291 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil). Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia (COPPE). Universidade Federal do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro, 1990. MINISTÉRIO DA INTEGRAÇÃO NACIONAL. Manual de segurança e inspeção de barragens. Brasília, julho de 2002, 138 p. SCHOKLITSCH, A. Ueber Dammbruchwellen (dam break waves). Session Reports of the Imperial Academy of Sciences. Vienna v. 126, p. 1489-1524, 1917. SINGH, V. P. Dam breach modeling technology. Kluwer Academic Publishers. Louisiana, 1996. 242 p. USACE U. S. ARMY CORPS OF ENGINEERS. Hydrologic Engineering Center. Training Documents Using HEC-RAS for Dam Break Studies. TD-39, August 2014. VEROL, A.P.; MIGUEZ, M.G; MASCARENHAS, F.C.B. Propagação da Onda de Cheia de Ruptura de Barragem através de um Modelo QUASI-2D. Revista Brasileira de Recursos Hídricos. v.18, n.2, p. 165-176, 2013. VISEU, T.; MARTINS, R. Optimização de Recursos nas Acções de Segurança de Barragens. In: SIMPÓSIO DE HIDRÁULICA E RECURSOS HÍDRICOS DOS PAÍSES DE LÍNGUA OFICIAL PORTUGUESA (SILUSBA),3., 1997, Moçambique. Anais... Maputo, Moçambique, 1997, 10 p. VON THUN, J. L.; GILLETTE, D. R. Guidance on breach parameters. Internal Memorandum, U.S. Dept. of the Interior, Bureau of Reclamation, Denver, 17, 1990 XU, Y.; ZHANG, L. M. Breaching parameters for earth and rockfill dams. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, v.135 n.12, p. 1957-197, 2009. WALTHER, P. E. M. Appropriate Technology: Simplified Dam Failure Analysis Using Spreadsheet Computations. ASDSO Association of State Dam Safety Officials, Western Regional Conference. Portland, 2000, 9 p. WAHL, T. L. Prediction of Embankment Dam Breach Parameters. A Literature Review andneeds Assessment. Water Resources Research Laboratory. U. S. Department of the Interior.Bureau of Reclamation. DSO. Dam Safety Office. DSO-98-004, 1998, 67 p. WETMORE, J. N. and FREAD, D. L. The NWS Simplified Dam Break Flood Forecasting Model. Proceedings of the Fifth Canadian Hydrotechnical Conference. Canada, 1981. 10