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Metodologias e Equipamentos para Monitoramento de Barragens
Ronaldo Rocha
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.
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.
Sistemas de Instrumentação
Esta publicação apresenta de
maneira abrangente os conceitos
envolvidos na definição dos sistemas
de instrumentação, a seguir
apresentados de maneira resumida.
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
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.
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.
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.
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.
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.
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)
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.
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
INSTRUMENTOS DE MEDIDA
Pressões Neutras e Subpressões
• Piezômetro (PZ) de Tubo Aberto e Medidor de Nível D’água (MNA)
Fonte: Silveira (2006)
PZ MNA
Pressões Neutras e Subpressões
• Equipamento de leitura (Indicador de nível d’água)
Pressões Neutras e Subpressões
• Piezômetro Elétrico de Corda Vibrante
Piezômetro Geokon modelo 4500S Leitora Geokon modelo GK-404
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
Medidores de deslocamentos verticais
Medidor de recalque telescópico (tipo IPT)
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)
Medidores de deslocamentos verticais
• Caixa Sueca
Localização das caixas suecas, cabine de leituras e piezômetros (Barragem de Rejeito construída por alteamento a jusante)
Medidores de deslocamentos verticais
Detalhes da caixa sueca
Medidores de Vazão
• Medidor de vazão triangular
Fonte: Silveira (2006)
Leituras automatizadas
Deslocamentos Horizontais
• Inclinômetro
Sensor de rotação de tubos (spiral sensor)
Sensor de inclinação de tubos
Sensores da Slope Indicator
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
Estação total robotizada – cabine de leitura
Antena de rádio
Fonte: Santiago e Cintra
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)
Monitoramento de Deslocamentos
Fonte: Santiago e Cintra
Obs: A palestra do Prof. Edvaldo S. Fonseca Jr. abordará técnicas
geodésicas de monitoramento de barragens
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.)
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
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.
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)
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)
Sistema de coleta de dados
• Barragens com instrumentação não automatizada
Sistema de visualização de resultados via Web
Sistema de Integração com Softwares de análise de percolação e estabilidade
Resultados da análise de Estabilidade do talude
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.
Ruptura da Barragem da Pampulha - BH
Foto em 16 de maio de 1954 Foto em 20 de maio de 1954
