EQUI PAMENTO PARA DETECcAO DE VAZANENTOS

EM BARRAGENS DE ENROCAMENTO COM FACE DE CONCRETO

EDIE TANIGUCHIEngenheiro eletronico, CEHPAR/COPEL

CELSO BATISTA

Engenheiro eletronico, CEHPAR/COPEL

JOSE OTAEngenheiro civil, CEHPAR/COPEL

Professor adjunto, UFPR

MARCOS CASSIASEngenheiro civil, COPEL

RESUMO: Este trabalho apresenta as caracteristicas de umequipamento de sondagem sonica desenvolvido para investigarvazamentos em barragens de enrocamento com face deconcreto. A sua aplicagao na barragem de Segredo foiconduzida com sucesso, permitindo a correcao do vazamentodetectado.

I NTR_O_ DUcAQ

Detectar e definir a localizacao precisa de eventuais pontos devazamento atraves de barragens de enrocamento com face de concretonao seria uma tarefa facil, se dependesse exclusivamente dotrabalho de mergulhadores. A area a investigar a extensa e asprofundidades podem superar os 100 m. 0 use de sonda a umaalternativa pratica e economica. A percolacao da agua atraves deeventuais juntas abertas ou fissuras na face de concreto provocaum ruido caracteristico que pode ser detectado por uma sondaadequada.0 presente trabalho descreve as caracteristicas de um equipamento

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de sondagem sonica concebido e executado no Centro de Hidraulica eHidrologia Prof. Parigot de Souza (CEHPAR). A sonda permitiu orastreamento de toda a extensao da barragem de Segredo,identificando um vazamento. 0 mesmo equipamento foi utilizado notrabalho de correcao do vazamento detectado.

BARRAGEM DE SEGREDO

Desde 1960 construiram-se varias grandes barragens de enrocamentocompactado com face de concreto. Nesse tipo de barragem oenrocamento compactado garante a estabilidade e a face de concretoe responsavel pela estanqueidade. Um corte tipico da barragem deSegredo a apresentado na figura 1. Em geral o risco de vazamento efungao do recalque do enrocamento e, por isso, a sua compactacao eimportante para aumentar o modulo de compressibilidade. Toma-se ocuidado na construcao para que o enrocamento junto a face deconcreto seja de melhor qualidade. As juntas de vedacao na face deconcreto sao de dois tipos: a junta perimetral e as juntasverticais entre as lajes que formam a face de concreto. SegundoCOOKE (1991), nao tem havido rachaduras ou vazamentos nas lajes emobras existentes. 0 problema, quando ocorre, concentra-se nasjuntas perimetrais. 0 problema de vazamento a essencialmenteeconomico pois o macico de enrocamento a drenante e e construidode forma a estabelecer um gradiente de permeabilidade favoravel asua estabilidade - ver PINTO et al (1981).A barragem de Segredo e a segunda do genero construida pelaCompanhia Paranaense de Energia (COPEL). 0 excelente comportamentoda barragem de Foz do Areia (altura de 160 m - concluida em 1980)influiu decisivamente na selecao do tipo de barragem para Segredo.A barragem de Segredo, concluida em 1992, tem 145 m de altura, 720m de comprimento na crista e o seu volume total e de 7.200.000 m3.A face de concreto tem inclinacao 1V:1,3H e e composta por lajescom largura de 16 m e espessura variando de 0,70 m na base ate 0,3m proximo a crista. A fundacao a de basalto sao. 0 enrocamento ede boa qualidade mas o material utilizado era pobre em finos e oindice de vazios do macico compactado resultou superior a 0,35.Todos esses dados e mais outros detalhes sao relacionados porNEIDERT e TONIATTI (1991). A planta geral da obra a apresentada nafigura 2.Ao contrario da obra de Foz do Areia, Segredo passou por severascondicoes de enchentes, principalmente na fase final daconstrugdo. Ainda no periodo em que doffs dos tres tuneis de desvioestavam em plena operacao, o reservatorio encheu com granderapidez como mostra a plotagem da figura 3, baseada em dadosfornecidos pela Coordenacao de Hidrometeorologia da Operacao daCOPEL. A ensecadeira de montante, com 40 m de altura, transbordoue rompeu-se. A partir dai a barragem foi submetida ao carregamentorapido. No periodo critico, o navel de agua no reservatorio subiua taxa de 2,35 m/hora (13h do dia 28/05/92). Entre 8h do dia 28/05e 8h do dia 29/05 o navel de agua subiu 32,9 m . A vazao afluentemaxima chegou a 14.000 m3/s. A rapidez do enchimento nao preocupaem barragens de enrocamento. Entretanto, a COPEL, decidiucomprovar a estanqueidade da face de concreto da barragem.

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EOUIPAMENTO DE SONDAGEM SONICA

A percolagdo da agua atraves de eventuais juntas abertas oufissuras na face da barragem provoca um ruido caracteristico quepode ser detectado. Sua intensidade a proporcional a vazao.Valendo-se desta caracteristica, os autores desenvolveram, noCEHPAR, o Equipamento de Sondagem Sonica - ESS pars a auscultacaodesse ruido. 0 ESS a composto de um microfone especialmenteconstruido para operar submerso, sob altas pressoes, um caboisolado, um amplificador de sinais de audio e um miliamperimetrocom escalas, conforme esquema mostrado na figura 4. Na figura 5 eindicado o esquema eletronico correspondente.Segundo COOKE (1982), existe relato sobre use de aparelhosemelhante na barragem de Alto Anchicaya na Colombia (altura de140 m). A barragem apresentou percolagao da ordem de 110.000litros por minuto, o reservatorio foi esvaziado e o problemacorrigido conforme programa pre-definido na fase de projeto. 0novo enchimento conduziu a um vazamento da ordem de 2.600 litrospor minuto, quando se utilizou o aparelho de auscultacao em 1976.Segundo esse relato, as vazamentos se concentraram na juntaperimetral e o tratamento feito ja permitiu a diminuigao dovazamento para aproximadamente 1.200 litros por minuto. A COPELencarregou 0 CEHPAR para executar um equipamento semelhante.O microfone foi construido para operar submerso sob alta pressao ede forma a manter inalterada a sua sensibilidade em funcao daprofundidade.Duas linhas basicas de desenvolvimento do aparelho foramconsideradas: a) utilizagao do microfone isolado da agua e b)utilizacao do microfone inteiramente submerso na agua. A primeiraopcao foi considerada no inicio da pesquisa, mas, concluiu-se deimediato que a pressao no local de utilizacao do microfone seriaexcessiva para o seu bom funcionamento. Quando sujeito a pressaode 100 metros de coluna de agua, o ar seria comprimido cerca de 10vezes em relacao ao seu volume inicial. A membrana isolante teriaque ser bastante flexivel e resistente. Nao se encontrou solucaoadequada que evitasse a perda de sensibilidade do microfone. Asolucao adotada foi a de expor as superficies externa e interna damembrana sensora do microfone a mesma pressao, isto e, submergiu-se por completo o sensor de ruido. Observa-se na figura 4 aindicagdo dos furos feitos no suporte metalico que garantiram aigualdade das pressoes nos dois lados da membrana. Esse suportemetalico foi propositalmente feito robusto (ago galvanizado) paraproteger o microfone contra choques e propiciar ao conjunto pesosuficiente para que o cabo ficasse vertical com facilidade. 0 caboutilizado foi do tipo coaxial blindado com protecao impermeavel. Abitola utilizada - 1 x 18 AWG - foi suficiente para o cabo naosofrer deformacao consideravel em virtude do seu peso somado aopeso do equipamento. Uma graduagdo foi efetuada a cada metro noproprio cabo para facilitar a medida da profundidade.0 microfone utilizado a capaz de captar sinais de audio ate 5 Khz,mas no laboratbrio, a constante interferencia da rede eletricalocal obrigou a instalacao de um filtro para bloquear sinais comfrequencia menor que 100 Hz. Os sinais de radio de uma estacaoproxima ao laboratorio tambem interferiram mas tiveram niveistoleraveis. Nao foram efetuados tratamentos especiais quanto aesses sinais uma vez que na barragem esses efeitos seriam

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inexistentes.Um amplificador de sinais de audio de 9 Watts de potencia,alimentado por dugs baterias alcalinas de 9V, permitiram o usecontinuo do aparelho por aproximadamente 8 horas. Acoplado aoamplificador, o medidor de sinais (miliamperimetro com escala) e ofone de ouvido permitiram a deteccao de ruidos pelo operadorembarcado. As figuras 6 e 7 mostram, em fotografias, o equipamentoutilizado e como foi executado o trabalho de rastreamento dabarragem de Segredo.Antes de ser levado a barragem de Segredo o equipamento foitestado e aprovado em ensaios efetuados no laboratbrio . Criaram-sevazamentos em um reservatbrio e verificou-se o funcionamento domicrofone submerso. Efetuou-se tambern teste com alta pressao emuma camara fechada. 0 custo do equipamento foi reduzido uma vezque os componentes foram todos encontrados no mercado de Curitiba-Parana.

UTILIZAr,AO DO EOUIPAMENTO NA BARRAGEM DE SEGREDO

0 equipamento de sondagem sonica foi utilizado na barragem deSegredo com sucesso. 0 levantamento ao longo da junta perimetralidentificou um unico ponto de fuga localizado, de proporcbesmodestas, a 63 m de profundidade, no ponto indicado na figura 2. 0monitoramento da intensidade do ruido permitiu a definicao davertical do ponto de fuga com precisao e viabilizou a correcao doproblema. Cerca de dez metros cubicos de uma mistura de areia esilte foram lancados na area do vazamento, atraves de um tubomantido verticalmente e orientado pelos sinais obtidos peloequipamento, obturando o ponto de vazamento. 0 prbprio equipamentopermitiu controlar a qualidade dos trabalhos de correcao dovazamento.Por problemas de ordem pratica, nao se efetuou uma analisedetalhada dos ruidos da percolacao obtidos pelo equipamento. Acorregdo do vazamento foi feita imediatarnente apos a deteccao e ascaracteristicas dos ruidos nao foram documentadas. A facilidade deutilizacao do equipamento foi tal que dispensou 0 seu retorno aolaboratbrio para mais ajustes ou mudancas. 0 objetivo do trabalhofoi atingido ja que, independentemente da qualidade do som que secaptou, o aparelho permitiu a identificacao de vazamento nabarragem.

CONCLUSOES

0 projeto e execucao de juntas perimetrais tem sofride melhorasensivel no passado recente. Nesse aspecto, a barragem deenrocamento com face de concreto de Segredo comportou-se muitobem, mesmo com o enchimento rapido do reservatbrio provocado pelaenchente de maio/92. 0 vazamento detectado na junta perimetral, a63 m de profundidade foi de proporaao modesta. 0 equipamentodesenvolvido permitiu a identificacao e correcao dessevazamento, proporcionando tranquilidade a empresa proprietaria que

agora tem assegurada melhor estanqueidade a sua barragem. Conforme

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a descricao, o equipamento a simples e o seu baixo custo defabricacao justifica a sua aplicagao em outras barragenssemelhantes.

REFERENCIAS

COOKE, J. B. The concrete-faced rockfill dam. International WaterPower and Dam Construction, v. 43, n. 1, p. 11-15, Jan. 1991

Underwater audio leak detection. Concrete-Faced Rockfill Dam

MEMO n. 12. Relatorio de consultoria nao publicado, set. 1980.

NEIDERT, Sinildo H., TONIATTI, N. B. Design and construction ofthe Segredo concrete-faced rockfill dam. International Water Powerand Dam Construction, v. 43, n. 1, p. 15-19, Jan. 1991.

PINTO, Nelson L . S. et al . Barragem de Foz do Areia: Projeto edesempenho . Curitiba : COPEL, Jan . 1981. 40 p. PRINTEC PRE 01 81.

Tema 1 135

TABEI .A DE MATEPJ IS

CLASSLFICKAD TIPO STICAS COLOCACAO DAMS DE COMPACTACAO

IA BASALTO MAC140 COM ATt 25% DE BREC HA I.APCAW -

BASALTICA

Ia BASALTO MACI90 COW Aft 250 DE BRECHA COMPACZADO CAM. 0 . 50 n - 6 PASS. ROLO

BASALTICA VIaRATbRIO - 256 C lA

I ZIOU)CAMENTOS IC BASALTO MAC24o COI ATt 606 DE BRECBA COMPACSADO CAM. 1. 60 n - 4 PASS. SOLOBASALTICA VSBRATORIO

ID BASALTO MACHO COW MAIS DE 40% DE BRECiA CCMPACTADO CAM. 0 . 00 n - 4 PASS. SOLO

BASALTICA VII9IATO1tIO

IE BLOCOS DE BASALTO MALI 0 OU BREC A BASALTICA ARRGADO -

IIB BRITA (SMDUADA 0s 100 COMPACTADO CAM. 0.40 n - 6 PASS. ROTA

VIBR . (NOR.) 2+4 PASS. BOLO

VIER. (PACE)

II TRANSI96EB IIDB BRITA GiADUADA 0 S 3$ - COMPACTADO CAM. 0 . 40 a - 6 PASS. SOLO

V . OU 0.20 a PIA

VnIRATORIA

IID FILTRO COI4POSTO COBACTADO CAN. 0 . 60 a - 4 PASS. BOLO

VIER . OU EQUIP . MANUAL DE

OOIe

III ATOIROS IIIC ARGILI SILTOSA Cl FRAfBS7TTOS DE ROCHA CO PACTADO CAM. 0 .25 n - SOLO C[

0 519 at CARHEDIODeGO&AVEIS IIID SILTE ARGILO-ARENOSO Cl iRAOSRIT0S DE ROCHA CCMPACTADO CAMADAS DE 0.60 n - PASSA[a%

0S 19 s DE EQUIPAMQITOS DE COBSTRU

IV ATERRO IV MATERIAL COMUM COMPACTADO CAMADAS DE 0.6C m PASSACBY

Comm DE EQUTPAMENTOS DF CONSTRU

FIGURA I; CORTE TIPICO DA BARRAGEM DE SEGREDO

FIGURA 2: PLANTA GERAL DA OBRA DE SEGREDO

Tema 1 136

NIVEL DE AGUA NO RESERVATORIO (m}

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Tema 1 137

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DO MICROFONE(A`0 GALVANIZADO)

MEDIDOR

FONE DE OUVIDO

F IGURA 4 CROQUI DO EQUIPAMENTO DEA

SONDAGEM SONICA.+VCc

IhSUPORTE E PROTE;AO

F I GURA 5 ESQUEMA ELETRONICO DO EOUIPAMENTODE SONDAGEM SONICA.

Tema 1 138

FIGURA 6 EOUIPAMENTO DE SONDAGEM SONICA

FIGURA 7: TRABALHO DE RASTREAMENTO DA

BARRAGEM DE SEGREDO.

Tema 1 139

-Il -