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Metodologias e Equipamentos para Monitoramento de Barragens Ronaldo Rocha

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Metodologias e Equipamentos para Monitoramento de Barragens

Ronaldo Rocha

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Instrumentação e Inspeção de Barragens

• A instrumentação e a inspeção são igualmente importantes na supervisão das condições de segurança de uma barragem e sua fundação

• Instrumentação identifica anomalias dos tipos: aumento de pressão neutra; erosão interna; deslocamentos anormais; escorregamento de talude potenciais;

• Inspeção detecta na barragem: erosão interna; afundamentos; erosão superficial; fissuração; surgências d’água; desagregação de blocos de rocha.

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Instrumentação

• A instrumentação da barragem deve ser instalada desde as

primeiras etapas da construção e as leituras devem ser feitas durante todas as fases da obra.

• A análise dos dados da instrumentação deve ser realizada concomitantemente com a realização das leituras, objetivando a rápida detecção de qualquer eventual anomalia.

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Sistemas de Instrumentação

Esta publicação apresenta de

maneira abrangente os conceitos

envolvidos na definição dos sistemas

de instrumentação, a seguir

apresentados de maneira resumida.

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Instrumentação de Barragens de aterro e de rejeito

• Grandezas importantes a serem medidas para avaliação da segurança estrutural

• Pressões Neutras

• Subpressões

• Deslocamentos verticais e horizontais

• Vazões de drenagem

• Materiais sólidos carreados

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Instrumentação da Fundação

• Subpressões

• São as pressões intersticiais, ou neutras:

• geradas pelo acréscimo de tensão imposto pela construção da barragem; e

• as pressões geradas pelos acréscimos de cargas hidrostáticas e hidrodinâmicas devido a formação do reservatório

• As primeiras podem ser condicionantes da estabilidade, principalmente quando se tratar de solos argilosos saturados, de baixa consistência e baixa permeabilidade. Nestes casos a instrumentação é fundamental para nortear a construção e é recomendável instalação de piezômetros de câmara fechada (piezômetros de corda vibrante, por exemplo) que tem um tempo de resposta pequeno.

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Instrumentação da Fundação

• Subpressões (cont.)

• As pressões geradas pela percolação exige uma caracterização geológica adequada da fundação de maneira a definir os locais a serem instrumentados.

• Neste caso o piezômetro de tubo aberto (Standpipe) fornece bons resultados.

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Instrumentação da Fundação

• Deslocamentos verticais:

• Recomendável uma seção longitudinal pelo eixo ou paralela a este, para determinar os recalques diferenciais do maciço de solo compactado durante e após a construção.

• O instrumento mais utilizado é o de placa, assente sobre a fundação, p.ex., tipo IPT.

• Deslocamentos horizontais cisalhantes:

• Importante para localização de eventuais superfícies potenciais de escorregamento que podem se desenvolver em profundidade durante a construção, principalmente se existem camadas de solos moles.

• Um dos instrumentos indicado para estas medidas é o inclinômetro.

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Instrumentação da Fundação

• Vazões de infiltração

• A saída da água de infiltração deve ser concentrada em caixas de concreto de medição de maneira que se possa obter a vazão total percolada pela fundação. Nestas caixas instalam-se os vertedouros triangulares ou trapezoidais.

• As águas de chuva devem direcionadas para fora do sistema de drenagem interno de modo não interferir nos resultados, sempre que possível.

• Medidas de materiais sólidos carreados

• Estas medidas são feitas nas saídas da drenagem com o objetivo de quantificar os sólidos em suspensão, principalmente.

• Estas medidas são correlacionadas com as medidas de vazão

realizadas no mesmo dia.

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Instrumentação do maciço de terra

• Pressões intersticiais ou neutras

• Durante a construção, são geradas pressões neutras pela água e o ar existentes nos poros dos solos compactados. São indicados piezômetros de câmara fechada com pedras porosas suficientemente finas para evitar a entrada de ar no sistema de medida e assim permitir a medida dessas pressões.

• Durante o enchimento e operação do reservatório são medidas as pressões neutras de percolação pela barragem.

• Quando for necessário executar juntas nos maciços compactados é conveniente instalar pares de piezômetros, sendo um na própria junta e outro no novo aterro. Via de regra as juntas são caminhos preferenciais de percolação.

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Instrumentação do maciço de terra

Piezômetros instalados em juntas longitudinais da barragem de

terra para contenção de rejeitos de Morro do Ouro, da Rio Paracatu

Mineração (Silveira, 2006)

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Instrumentação do maciço de terra

• Vazões de infiltração e medida de sólidos carreados

• Estas medidas são realizadas juntamente com aquelas executadas nas caixas de concreto para medida das vazões da fundação, quando o filtro se apoia no terreno escavado.

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Instrumentação de Barragens de aterro e rejeitos

• Grandezas importantes a serem medidas para avaliação da segurança ambiental

• Níveis d’água no entorno do empreendimento

• Qualidade da água subterrânea (composição química)

• Monitoramento sismológico

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INSTRUMENTOS DE MEDIDA

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Pressões Neutras e Subpressões

• Piezômetro (PZ) de Tubo Aberto e Medidor de Nível D’água (MNA)

Fonte: Silveira (2006)

PZ MNA

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Pressões Neutras e Subpressões

• Equipamento de leitura (Indicador de nível d’água)

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Pressões Neutras e Subpressões

• Piezômetro Elétrico de Corda Vibrante

Piezômetro Geokon modelo 4500S Leitora Geokon modelo GK-404

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Pressões Neutras e Subpressões

• Piezômetro para Fibra Óptica

Modelos de piezômetros de fibra óptica Fabry-Perot da Roctest

Unidade de leitura de piezômetros de fibra óptica Fabry-Perot da Roctest

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Medidores de deslocamentos verticais

Medidor de recalque telescópico (tipo IPT)

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Medidores de deslocamentos verticais KM

Pode ser instalado na horizontal e neste caso é denominado de

extensômetro múltiplo de hastes tipo KM

Fonte: Silveira (2006)

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Medidores de deslocamentos verticais

• Caixa Sueca

Localização das caixas suecas, cabine de leituras e piezômetros (Barragem de Rejeito construída por alteamento a jusante)

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Medidores de deslocamentos verticais

Detalhes da caixa sueca

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Medidores de Vazão

• Medidor de vazão triangular

Fonte: Silveira (2006)

Leituras automatizadas

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Deslocamentos Horizontais

• Inclinômetro

Sensor de rotação de tubos (spiral sensor)

Sensor de inclinação de tubos

Sensores da Slope Indicator

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Monitoramento de Deslocamentos com Estação Total e GNSS

• Estações Totais

– Posicionamento com alta acurácia (0,5” e 0,8 mm);

– Capaz de observar múltiplos pontos;

– Distâncias de até 2,5km.

– Prismas de precisão angular (2”)

• Sensores GNSS – Longas distâncias;

– Alta taxa de atualização;

– Posicionamento relativo com alta acurácia.

As transferência dos dados coletados podem ser manualmente ou por

internet ou ainda por rádio.

O GNSS necessita alimentação de energia elétrica (p.ex. painel solar).

GNSS - Global Navigation Satellite System Fonte: Santiago e Cintra

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Estação total robotizada – cabine de leitura

Antena de rádio

Fonte: Santiago e Cintra

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Monitoramento de Deslocamentos Estação Total e GNSS

Exemplo de aplicação em barragem de terra-enrocamento: talude e crista

Apresenta bons resultados em barragens de aterro (Silveira, 2015)

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Monitoramento de Deslocamentos

Fonte: Santiago e Cintra

Obs: A palestra do Prof. Edvaldo S. Fonseca Jr. abordará técnicas

geodésicas de monitoramento de barragens

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Interferometria Laser

A interferometria laser é um método bem estabelecido para a medição

de distâncias com grande exatidão

A configuração básica IBIS FM, inclui scanner de linear, sensor de

radar e módulo de alimentação de energia e há vários opcionais (radio

link, estação metereológica, etc.)

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Interferometria Laser

• A configuração básica IBIS FM, inclui scanner de linear, sensor de radar e módulo de alimentação de energia e há vários opcionais:

• câmera digitalde alta resolução com software dedicado;

• radio link ou Wi-Fi link;

• estação metereológica;

• gerador a diesel

• Algumas especificações:

• Faixa de utilização: 10 a 4.000m

• Precisão: 0,1 mm

• Tempo de scanner: menos de 3 minutos

Fonte: IDS Brasil

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Interferometria Laser

• O sistema de monitoramento IBIS-FM possui dois softwares de Processamento:

• 1º - IBIS controller: configura os primeiros parâmetros de monitoramento, controla a energia, gerencia os periféricos e a coleta de dados; e

• 2º - IBIS Guardian: processa as medidas em tempo real, com correções atmosféricas e oferece mapas georreferenciados, deslocamentos, mapas de riscos.

• Permite definir zonas específicas para análise de deslocamentos e exporta os resultados.

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Utilização de Fibra Óptica Distribuída

A temperatura é reconhecida como um dos parâmetros mais relevantes para a detecção de infiltrações em estruturas de aterro.

Silveira (2015) apresentou um caso de utilização de instrumentação com fibra óptica distribuída, instalada a 1,0 m de profundidade no pé do talude de jusante de 72 km canais e diques, na França, com objetivo de detecção de infiltração.

Fonte: Silveira (2015)

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Sistema de tratamento de dados de instrumentação

• Sistema Gerenciador da base de dados

• Sistema de coleta de dados

• Sistema de visualização e análise através de interface WEB

• Sistema de integração com “softwares” de análise de percolação e estabilidade de taludes

Fonte: Rocha (2003)

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Sistema de coleta de dados

• Barragens com instrumentação não automatizada

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Sistema de visualização de resultados via Web

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Sistema de Integração com Softwares de análise de percolação e estabilidade

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Resultados da análise de Estabilidade do talude

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Referências

Dunnicliff, J. (1993). Geotechnical Instrumentation for Monitoring Field Performance. Wiley-Interscience.

Moser, D.M., Chamecki, P.R, Aufleger, M, (2006). Instrumentação Por Fibra Ótica Pelo Método Distribuído – Monitoramento de Barragens de Terra e de CCR. COBRAMSEG

Rocha, R. et al (2003). Sistema de Gestão de Instrumentação de Barragens. XXV Seminário Nacional de Barragens. CBDB, Salvador-BA.

Silveira, J.F.A. (2006). Instrumentação e segurança de barragens de terra e enrocamento. Oficina de Textos, São Paulo.

Silveira, J.F.A., (2012). Curso de Instrumentação e Segurança de Barragens. São Paulo – 08 a 11/10 de 2012

Silveira, J.F.A. (2015). Modernização e reinstrumentação de Barragens. Simpósio Sobre Segurança de Barragens e Riscos Associados, 4, Tema 2. CBDB, Porto Alegre-RS.

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Ruptura da Barragem da Pampulha - BH

Foto em 16 de maio de 1954 Foto em 20 de maio de 1954

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MUITO OBRIGADO!

Ronaldo Rocha

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