Avaliação do Risco em Barragens de Terra Instrumentadas no ... · Análise de estabilidade de taludes e avaliação do risco Desvio Mínimo Máximo Material Parâmetro Geotécnico

Avaliação do Risco em Barragens de Terra Avaliação do Risco em Barragens de Terra Instrumentadas no Estado

do Ceará: Estudo de Caso da Barragem Olho d'Água.

Prof. Dr. Silvrano Adonias Dantas NetoUniversidade Federal do Ceará

Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil (Geotecnia)

� Escopo geral: Estudos técnicos e projetos para requalificação das ações de gerenciamento dos recursos hídricos do Estado do Ceará.

Coordenadores:

CONVÊNIO COGERH/UFC

� Coordenadores:o UFC: Prof. Francisco Assis de Souza Filho; Prof. Silvrano Adonias Dantas

Neto e Prof. Francisco Chagas da Silva Filho;

o COGERH: Geóloga Lucrécia Nogueira de Sousa.

� Data de vigência: ago/2012 a fev/2014;

� Escopo específico - algumas atividades:o Avaliar as condições de Conservação e Segurança de barragens estaduais o Avaliar as condições de Conservação e Segurança de barragens estaduais

monitoradas pela Cogerh e a elaborar projetos básicos para recuperação das infraestruturas deficitárias;

o Avaliar as condições de Segurança das Barragens Instrumentadas: Aracoiaba, Gavião, Pesqueiro, Arneiroz II, Faé, Barra Velha, Flor do Campo, Jaburu I e Olho d'Água, por meio da determinação dos níveis piezométricos críticos e estudos de estabilidade de taludes.

� Condição de equilíbrio limite da massa de solo:

ESTABILIDADE DE TALUDES

� Fator de segurança para o equilíbrio de momentos:


� Fator de segurança para o equilíbrio de forças:

� Principais métodos de análise de estabilidade de taludes que consideram o equilíbrio limite da massa de solo:


o equilíbrio limite da massa de solo:

� Método de Janbu (1954);

� Método de Fellenius (1936);

� Método de Bishop-modificado (1955);

� Método de Morgenstern & Price (1965);

� etc.

� Principais diferenças entre métodos:

• Equações da estática satisfeitas (equilíbrio de forças, momentos, etc);• Equações da estática satisfeitas (equilíbrio de forças, momentos, etc);

• Cálculo das forças interfatias;

� Abordagem determinística


1.6921.6921.6921.692

Material Name ColorUnit Weight

(kN/m3)Strength Type

Cohesion(kN/m2)

PhiWater

SurfacePhi b Air Entry

Materia l 1 20 Mohr-Coulomb 35 29.4 None 0 0

Materia l 2 19.2 Mohr-Coulomb 0 31.9 None 0 0

Materia l 3 17.2 Mohr-Coulomb 0 29 None 0 0

Materia l 4 19.2 Mohr-Coulomb 0 31.9 None 0 0

Materia l 5 20 Mohr-Coulomb 0 31.9 None 0 0

� Abordagem probabilística:


FS (deterministic) = 1.71FS (mean) = 1.85PF = 0.10%RI (normal) = 1.42




0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

2 3 4 5 6 7

Rel

ativ

e F

requ

ency

Factor of Safety - bishop simplif ied

RI (normal) = 1.42RI (lognormal) = 1.79RI (normal) = 1.42RI (lognormal) = 1.79RI (normal) = 1.42RI (lognormal) = 1.79RI (normal) = 1.42RI (lognormal) = 1.79

� Localização: município de Várzea Alegre/Ce (486 km de Fortaleza);

� Capacidade de armazenamento: 21 hm³ (21 milhões de m³);

BARRAGEM OLHO D’ÁGUA

� Capacidade de armazenamento: 21 hm³ (21 milhões de m³);

� Projeto: junho de 1988;

� Construção: 1993 – 1998;

� Altura máxima do barramento: 26 m;

� Seção-tipo de projeto:


� Seção-tipo executada:



� Vistoria realizada em Janeiro de 2013:


� Cargas piezométricas: 2008 a 2013

Variação das cargas piezométricas para o piezômetro PZ 2.1.1


� Cargas piezométricas: 2009 (tomado como referência)

Variação das cargas piezométricas e nível do reservatório para o piezômetro PZ 2.1.1


� Análise de fluxo e estabilidade de talude para as condições e materiais apresentados no Projeto Executivoapresentados no Projeto Executivo

PROPRIEDADE JAZIDA 2

AMOSTRA ENSAIADA UNID. Amostra 1 Amostra 2

Classificação SUCS - CL CL

Ângulo de atrito – φφφφ’ (ensaio lento) graus 31,5 27,3

Parâmetros geotécnicos para o material constituinte do barramento

Coesão – c’ (ensaio lento) kPa 37 33

Coeficiente de permeabilidade - k cm/s 10-7 -

BARRAGEM OLHO D’ÁGUABARRAGEM OLHO D’ÁGUA

� Análise de fluxo e estabilidade de talude para as condições e materiais apresentados no Projeto Executivoapresentados no Projeto Executivo

PROPRIEDADE UNID. SHELBY 1 SHELBY 2 Campo

Ângulo de atrito – φφφφ’ (ensaio lento) graus 31,9 40,5 -

Coesão – c' (ensaio lento) kPa 0,0 17 -

Índice de vazios natural - e - 0,6 0,56 -

Parâmetros geotécnicos para os materiais constituintes do solo de fundação

Pressão de pré-adensamento kPa 90 200 -

Coeficiente de compressão - Cc - 0,12 0,14 -

Coeficiente de permeabilidade - k m/s - - 2,85 x 10-9


� Análise de fluxo e estabilidade de talude para as condições e materiais apresentados no Projeto Executivo (Hmáx = 18,9 m)apresentados no Projeto Executivo (Hmáx = 18,9 m)


� Análise de fluxo para as condições e materiais apresentados no Projeto Executivo (Hmáx = 18,9 m)Executivo (Hmáx = 18,9 m)

18.9 18.9

Pressure Head

[m]

-9.000

-3.000

3.000

9.000

DISPOSTIVOCARGAS PIEZOMÉTRICAS (m)

CALCULADO MEDIDO

PZ 2.1.1 19,17 22,4

PZ 2.2.1 11,58 15,8

PZ 2.3.1 6,04 7,8

PZ 2.4.1 5,97 7,7

1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2

18.9 18.9

18.9 18.9

18.9 18.9

18.9 18.9 18.9 18.9 18.9

18.9 18.9 18.9 18.9 18.9 18.918.9 1.2 1.2

1.2 1.2

19.17419.174

11.58311.5836.0426.042 5.9715.971

PZ 2.1.1PZ 2.2.1

PZ 2.3.1 PZ 2.4.1

9.000

15.000

21.000

27.000

33.000

39.000

45.000

51.000

57.000

63.000


� Retroanálises das condições de fluxo da barragem (Hmáx = 18,9 m)


� Retroanálises das condições de fluxo da barragem (Hmáx = 18,9 m)

18.88 18.88

18.88

Pressure Head

[m]

-5.000

0.000

5.000

DISPOSTIVO

CARGAS PIEZOMÉTRICAS (m)

NÍVEL MÁXIMO

CALCULADO MEDIDO

PZ 2.1.1 22,92 22,30

PZ 2.2.1 15,28 15,79

PZ 2.3.1 8,09 7,73

PZ 2.4.1 7,62 7,69

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2

18.88 18.88

18.88 18.88

18.88 18.88 18.88 18.88 18.88

18.88 18.88 18.8818.88

22.923

15.2868.090 7.623

PZ 2.1.1

PZ 2.2.1PZ 2.3.1 PZ 2.4.1

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

35.000

40.000

45.000

50.000

55.000


� Análise de estabilidade de taludes e avaliação do risco

Desvio Mínimo Máximo Material Parâmetro Geotécnico PDF Média

Desvio

Padrão

Mínimo

Relativo

Máximo

Relativo

Maciço Coesão (kPa) Gamma 29 5 15 15

Maciço φ' (graus) Beta 25,9 3,4 10,2 10,2

Maciço Peso específico (kN/m3) Normal 20 10 15 30

Solo 1 Peso específico (kN/m3) Normal 20 10 15 15

Solo 1 φ' (graus) Beta 33 5 15 15

Solo 1 Coesão (kPa) Gamma 7 6 0 18Solo 1 Coesão (kPa) Gamma 7 6 0 18

Solo 3 Coesão (kPa) Gamma 7,04 6,71 7,04 13,15

Solo 3 φ' (graus) Beta 32,83 4,93 14,79 14,79

Solo 3 Unidade de Peso (kN/m3) Normal 19,2 5 15 15

Solo 2 Coesão (kPa) Gamma 7,04 6,71 7,04 13,15

Solo 2 φ' (graus) Beta 32,83 4,93 14,79 14,79

Solo 2 Unidade de Peso (kN/m3) Normal 20 5 15 15



0.06

0.07

0.08

0.09

Fre

quên

cia

Rel

ativ

a

0.06

0.07

0.08

0.09

Distribuição de Probabilidades para Coesão do Maciço

Distribuição de Probabilidade para a Coesão do Solo da Barragem Gerado pelo Método de Monte Carlo

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43

Fre

quên

cia

Rel

ativ

a

Coesão (kN/m2)

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05



Distribuição de Probabilidade para o Ângulo de Atrito do Solo da Barragem Gerado pelo Método de Monte Carlo

0.10

0.12

0.14

0.16

Rel

ativ

e F

requ

ency

0.10

0.12

0.14

0.16

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34

Rel

ativ

e F

requ

ency

Maciço : Phi (deg)

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08


� Análise de estabilidade de taludes e avaliação do risco (Hmáx = 18,9 m)

Estabilidade do Talude de Jusante pelo Método de Fellenius (1936)


1.65FS (deterministic) = 1.65FS (mean) = 1.77PF = 0.20%RI (normal) = 1.43


1.65FS (deterministic) = 1.65FS (mean) = 1.77PF = 0.20%RI (normal) = 1.43RI (normal) = 1.43RI (lognormal) = 1.77RI (normal) = 1.43RI (lognormal) = 1.77RI (normal) = 1.43RI (lognormal) = 1.77RI (normal) = 1.43RI (lognormal) = 1.77



Distribuição de Probabilidades para o Fator de Segurança – Método de Fellenius (1936)

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

FR

EQ

UÊ

NC

IA R

ELA

TIV

A

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

1 2 3 4

FR

EQ

UÊ

NC

IA R

ELA

TIV

A

FATOR DE SEGURANÇA - FELLENIUS (1936)

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5



Probabilidade Cumulativa para o Fator de Segurança – Método de Fellenius (1936)

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

PR

OB

AB

ILID

AD

E A

CU

MU

LAD

A

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0 1 2 3 4

PR

OB

AB

ILID

AD

E A

CU

MU

LAD

A

FATOR DE SEGURANÇA - FELLENIUW (1936)

1, 0.002



Estabilidade do Talude de Jusante pelo Método de Morgenstern-Price (1965)

FS (deterministic) = 1.82FS (mean) = 1.92PF = 0.00%RI (normal) = 2.14RI (lognormal) = 2.83

1.82FS (deterministic) = 1.82FS (mean) = 1.92PF = 0.00%RI (normal) = 2.14RI (lognormal) = 2.83

FS (deterministic) = 1.82FS (mean) = 1.92PF = 0.00%RI (normal) = 2.14RI (lognormal) = 2.83

1.82FS (deterministic) = 1.82FS (mean) = 1.92PF = 0.00%RI (normal) = 2.14RI (lognormal) = 2.83



Probabilidade Cumulativa para o Fator de Segurança – Método de Morgenstern-Price (1965)

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

PR

OB

AB

ILID

AD

E C

UM

ULA

TIV

A

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

1 2 3 4

PR

OB

AB

ILID

AD

E C

UM

ULA

TIV

A

FATOR DE SEGURANÇA - MORGENSTERN-PRICE (1965)

� Fatores de Segurança mínimos:


Tipos de Talude

Fator de Segurança Requeridoa

Final da

Construção

Para fluxo permanente

de longo prazo

Para rebaixamento

rápidob

Talude de Barragens, diques e

aterros e talude de escavação1,3 1,5 1,0 – 1,2

Recomendações do U.S Army Corps of Engineers - Slope Stability Manual (2003).

aterros e talude de escavação

� Relação entre índice de confiabilidade e probabilidade de ruptura:


Nível de Desempenho Índice de Confiabilidade, β Probabilidade,

PF = P (FS<Fc)

Alto 5,0 2,871 x 10-7

Bom 4,0 3,169 x 10-5

Acima da Média 3,0 0,00135

Recomendações do U.S Army Corps of Engineers (1997).

Acima da Média 3,0 0,00135

Abaixo da Média 2,5 0,00621

Pobre 2,0 0,02275

Insatisfatório 1,5 0,06681

Perigoso 1,0 0,15866

� AS ANÁLISES PROBABILÍSTICAS SÃO FERRAMENTAS ÚTEIS COMO FERRAMENTA DE

DECISÃO E ORIENTAÇÃO DE PROCEDIMENTOS;

CONSIDERAÇÕES FINAIS

DECISÃO E ORIENTAÇÃO DE PROCEDIMENTOS;

� A BARRAGEM APRESENTA BAIXOS NÍVEIS DE DESEMPENHO MESMO OS FATORES

DE SEGURANÇA ESTANDO ACIMA DOS NÍVEIS RECOMENDADOS;

� PRINCIPAIS CAUSAS DOS BAIXOS NÍVEIS DE DESEMPENHO:

� INSUFICIÊNCIA DE INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA;

� RELATÓRIO AS BUILT NÃO SATISFATÓRIO OU INEXISTENTE;

MUITO OBRIGADO!

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