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Aula 08 – Barragens - Instrumentação

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO

CAMPUS DE SINOP

FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGIAS

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

GEOTECNIA III

Eng. Civil Augusto Romanini (FACET – Sinop)

Sinop - MT

2017/1 V2.0

Fluxo no solo

AULAS

06/06/2017 2

Aula 01 – Fluxo no solo

Aula 02 – Redes de Fluxo confinado Aula 03 – Redes de Fluxo não confinado

Aula 04 – Erosão interna e Ruptura Hidráulica

Aula 06 – Barragens

Aula 07 – Elementos de Projeto Aula 08 – Instrumentação de barragens e análises

Aula 09 – Aspectos construtivos

Aula 11 – Técnicas de estabilização de encostas

Aula 12 – Estruturas de contenções Aula 13 – Escoramento Provisório

Aula 05 – Rebaixamento Temporário de Aquíferos

Aula 14 – Cortinas de Contenção Aula 15 – Cortinas Atirantadas

Aula 00 – Apresentação / Introdução

Parte III – Taludes e Estruturas de contenção

Parte II – Barragens de Terra

Parte I – Fluxo no solo

Aula 10 – Pequena Barragem de terra – “Pré Projeto”

06/06/2017 Fluxo no Solo 3

INTRODUÇÃO

TIPOS DE INSTRUMENTOS

PERIODICIDADE DAS LEITURAS

ESTABILIDADE DE BARRAGEM DE TERRA

SEÇÃO INSTRUMENTADA

ANÁLISE DE DADOS

06/06/2017 Barragens 4

INTRODUÇÃO

Leia aqui: http://arquivos.ana.gov.br/cadastros/barragens/Seguranca/RelatorioSegurancaBarragens_2015.pdf

Barragens cadastradas por uso principal, em 30 de setembro de 2015


INTRODUÇÃO


Número de barragens vistoriadas pelas entidades federais e estaduais relativamente

ao total de barragens cadastradas.


INTRODUÇÃO


Categoria de risco das barragens cadastradas segundo o uso principal, em 30 de

setembro de 2015


INTRODUÇÃO


Dano potencial associado (DPA) das barragens cadastradas, segundo o uso

principal, em 30 de setembro de 2015.


INTRODUÇÃO

PLANO DE MONITORAMENTO

IMPLANTAÇÃO DA INSTRUMENTAÇÃO

AQUISIÇÃO DE DADOS

ANÁLISE DE DADOS

CORRIGIR E APRIMORAR

Equipe de Segurança de BarragemEmpreendedor

Plano de Segurança de Barragem

Inspeções periódicas de Barragem

Revisões periódicas de segurança

ANA

(coordena o SNISB)

EMPREENDIMENTO ÓRGÃO FISCALIZADOR

Demais órgãos

Fornece informações

(cadastro e Plano

Segurança)

Troca de

informações

Olhar o (um)

motivo no

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Um item considerado como essencial na construção de projetos de barragens é a instrumentação. Esse procedimento

permite além de analisar o comportamento do empreendimento, fazer uma coletânea de dados para projetos futuros.

São obtidos através da instrumentação os seguintes dados:

• Poro pressões de construção

• Poro pressões devido a percolação de água

• Pressões totais sobre elementos de concreto e e sobre as fundações

• Recalques

• Deslocamentos horizontais

• Vazões de percolação de água.

INTRODUÇÃO

Medidor de nível de água

Piezômetro

Célula de pressão total

Medidor de recalquesCaixa Sueca

Tassômetro

Inclinômetro

Medidor de vazão


A Lei nº 12.334 de 20 de setembro de 2010, conhecida por Lei de Segurança de Barragens, estabeleceu a Política Nacional de

Segurança de Barragens (PNSB), considerando os aspectos referidos, além de outros, e definiu atribuições e formas de

controle necessárias para assegurar as condições de segurança das barragens.

06/06/2017 Barragens 10

Medidor de nível de água

O medidor de nível de água interno é

constituído por um tubo perfurado de

PVC , envolvido de material granular

adequado ou por manta de geotêxtil,

instalado dentro de um furo de

sondagem. Permite a medida do nível

de água , introduzindo um cabo

elétrico com pequena sonda e ,

quando esta entra em contato com a

superfície da água , há passagem de

uma corrente elétrica, que é detectada

na superfície por amperímetro.

O cabo do medidor é graduado em

centímetros, o que permite calcular a

cota do nível de água, pela diferença

entre a cota do topo do tubo e o

comprimento do cabo.


06/06/2017 Barragens 11

Os piezômetros podem ser do tipo stand pipe ou de Casagrande, hidráulico , pneumático, de corda vibrante

elétrico

A função dos piezômetros é fornecer a carga de pressão no ponto em que foi instalado. Conhecida a carga de pressão,

calcula-se a carga total naquele ponto, que é a cota de instalação mais a coluna de água sobre o mesmo.

São comumente utilizado dois tipos de piezômetros: stand pipe (ou Casagrande) e elétrico de corda vibrante. Em ambos

os casos, o valor de leitura fornecido é a cota piezométrica, que é a soma da carga de elevação mais a carga de

pressão no ponto de instalação. Ou seja, é fornecida a carga total no ponto de instalação, em relação ao nível do mar.

Medidor de nível de águaTIPOS DE INSTRUMENTOS

Elétrico de corda vibranteStand pipe

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A célula de pressão total é utilizada para

medida de pressões sobre estruturas de

concreto. Consiste de uma almofada plana,

metálica, que fica alojada no interior do maciço

e cujo o principio de funcionamento pode ser

elétrico, pneumático ou hidráulico. Pode ser

usada juntamente com a célula piezométrica,

para possibilitar a determinação da pressão

efetiva.

Célula de pressão totalTIPOS DE INSTRUMENTOS

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É um instrumento utilizado para a medição de recalque em maciços de terra. É constituído de várias placas ou anéis,

instalados no interior do maciço de solo, ao longo de uma mesma linha vertical. Cada placa ou anel é ligado a uma haste

vertical, cuja a extremidade superior chega a superfície do aterro, onde são feitas as leituras de nível.

Também são utilizados medidores de tubos telescópios, em que o tubo interno é chumbado na rocha e os demais fixados

em placas instaladas sobre o aterro, em níveis diferentes. Nas extremidades superiores dos tubos, medem – se as

diferenças entre os pontos de referência nelas existentes, por meio de uma escala gradua em milímetros, e calcula – se os

recalques de cada placa.

Medidor de recalquesTIPOS DE INSTRUMENTOS

Marcos superficiais

Caixas suecas

Medidores magnéticos

Tassômetros

06/06/2017 Barragens 14


Marcos superficiais

O objetivo da instalação dos marcos superficiais é o

acompanhamento dos deslocamentos verticais e

horizontais do maciço em relação a uma referência

indeslocável. Os deslocamentos horizontais são medidos

através de colimações geodésicas, enquanto que os

deslocamentos verticais (recalque) serão medidos através

de nivelamento de precisão.

As leituras poderão ser feitas através de estação total

desde que o aparelho assegure precisão da ordem de

± 3 mm para distâncias da ordem de 400m. A equipe

de leitura deverá ser experiente e cuidadosa, para

permitir leituras com esta precisão.

06/06/2017 Barragens 15

Medidores magnéticos


O medidor de recalque magnético é um instrumento de auscultação

constituído basicamente por um tubo guia, provido de luvas

telescópicas, um anel de referência e diversas placas de recalque

dotadas de orifício na posição central com ímã permanente tipo ferrite,

por onde passa o tubo guia, . As placas são instaladas em conjunto

com a subida do aterro (sendo substituídas por aranhas magnéticas

quando instaladas em furos de fundação).

As leituras são obtidas por um conjunto torpedo (sonda

eletromagnética), trena e alarme em superfície. A sonda, com a trena

afixada à mesma, é descida através do tubo interno até a posição de

um anel magnético. Nesse instante, o campo magnético local aciona

um contato no interior da sonda, fazendo soar o alarme em superfície.

Os recalques são obtidos pela

diferença entre as medidas obtidas

pela trena e pela distância fixa

entre o topo do tubo e a posição de

um anel magnético de referência,

instalado em profundidade e em

zona do terreno não passível de

deslocamentos

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O inclinômetro é destinado a

observação da inclinação de um

furo de sondagem em relação a

vertical. Para tal , são instalados

tubos de revestimento, de plástico

ou de alumínio, até abaixo da zona

susceptível de movimentação.

Os tubos que constituem o

inclinômetro possuem 4 ranhuras,

dispostas ortogonalmente, dentro

as quais são encaixadas roldanas

de um torpedo, que pode penetrar ,

com pequena folga dentro dos

tubos. As ranhuras são colocadas

nas direções em que se deseja

medir as inclinações. No interior do

torpedo, aloja –se um pêndulo ,

cujo o descolamento angular é

detectado por um sistema de

resistência elétricas.

InclinômetroTIPOS DE INSTRUMENTOS

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InclinômetroTIPOS DE INSTRUMENTOS

Deslocamento horizontais

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O medidor de vazão é utilizado para se obter o valor da vazão que percola através do sistema de drenagem da barragem e

de sua fundação, coletados por tubulações ou canaletas. O tipo mais comum que se utiliza é o medidor triangular

A vazão é determinada com a utilização da equação de regime de escoamento uniforme em condutos livres.

Medidor de vazãoTIPOS DE INSTRUMENTOS

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As leituras dos instrumentos devem ser iniciadas logo após a instalação. A periodicidade das leituras dependerá dos próprios

resultados e de sua variação, bem como dos fatores que sobre elas influem, tais como , velocidade de construção,

velocidade de enchimento do reservatório entre outros.

Sempre que houver variação significativa dos resultados ou

dos fatores que neles influem, deve –se reduzir o intervalo de

tempo entre as leituras.


Os dados devem ser processados após as leituras do instrumentos, utilizando as ferramentas existentes. É recomendado

que as leituras de poropressão com os dados de recalque.

É interessante observar para o caso da medição de vazão sempre ter dados pluviométricos pois estes podem influenciar

diretamente nas vazões.

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Recomendação da ANA (2015) para realização das leituras

Tipo de Observação

Periodo

ContruçãoEnchimento do

reservatório

Inicial de

OperaçãoOperação

Deslocamentos superficiais Mensal Semanal Mensal Semestral

Deslocamento internos ( verticais e

horizontais) Semanal Semanal Quinzenal Mensal

Deformação Semanal Semanal Semanal Mensal

Pressão total/ efetiva Semanal 2 Semanas Semanal Mensal

Poro - pressão Semanal 2 Semanas Semanal Quinzenal

Subpressão Semanal 3 Semanas Semanal Quinzenal

Nivel da água Semanal 3 Semanas Semanal Quinzenal

Vazão de Infiltração - Diárias 3 Semanas Semanal

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SEÇÃO INSTRUMENTADA BARRAGEM DE EMBORCAÇÃO,1985

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SEÇÃO INSTRUMENTADA BARRAGEM DE XINGÓ

SEÇÃO DO ZONEAMENTOS

ouza e

t al, 2

007

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Planta de locação dos instrumentos

Souza e

t al, 2

007

06/06/2017 Barragens 24


Seções

Souza e

t al, 2

007

06/06/2017 Barragens 25


Seções

Souza e

t al, 2

007

06/06/2017 Barragens 26


Seções

Souza e

t al, 2

007

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Coeficiente de seguranças mínimos ( SUGERIDOS) para barragens de terra e de enrocamento

- U.S.Corps of Engineers

Caso Condição de ProjetoFS

mínimo

Envoltória de

resistênciaObservações

I Final de Construção 1,4 Q ou STalude de montante

e de jusante

II

Rebaixamento do

reservatório a partir do

NA máximo

1,5 R,S

Talude de

montante;

Envoltória

composta

IIIOperação, com

reservatório parcial1,5 R,S

Talude de

montante;

Envoltória

composta

IV

Operação, com

reservatório no nível

máximo

1,5

(R+S)/2 para

R<S; S para

R>S

Talude de

montante;

Envoltória média

V

Terremoto ( casos I, III e

IV) com carregamento

sismico

- -Talude de montante

e de jusante

Q - Ensaio rápido; R - Adensado - rápido; S - Drenado

Em uma barragem de terra, a influência das

condições de drenagem e das trajetórias de

tensões ( sequência de carregamentos) ,

deve ser analisada em cada uma das

situações criticas do projeto que podem vir a

ocorrer ao longo da vida útil do projeto.

Existem três situações consideradas críticas.

Fatores como o valor da tensão normal

efetiva, as condições de drenagem , o

histórico de tensões, a trajetória de tensões e

as condições do solo , estrutura e textura,

são fatores que influencia na resistência do

cisalhamento que interferem na estabilidade

da barragem.

FASE CONSTRUTIVA

ESVAZIAMENTO RÁPIDO DO

RESERVATÓRIO

OPERAÇÃO DA BARRAGEM

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FASE CONSTRUTIVA

HOMOGÊNEA ZONEADA


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As situações criticas podem ocorre em ambos os taludes, sendo que a jusante o

talude possui uma declividade maior. Essa situação de ruptura pode ocorrer

devido ao possível excesso de poropressão na base do talude e interior não

tenho tido tempo suficiente para se dissiparem.

Para obter essa envoltória de projeto, deve – se utilizar o ensaio de compressão

do tipo rápido (Q,UU), pois estes simulam as condições de ruptura não drenada,

ou seja quando não há excesso de pressão neutra.

FASE CONSTRUTIVAESTABILIDADE DE BARRAGEM DE TERRA

Observação: Quando o solo de fundação for menos resistente que o solo do

maciço da barragem, deve –se prever que a superfície de ruptura atinja este solo,

normalmente frente esta situação os talude devem ser menos íngremes.

06/06/2017 Barragens 30

Nesta situação, o talude critico ocorre a montante, pois com o processo de esvaziamento do reservatório passa a existir um

novo regime de fluxo que irá se estabelecer no interior do maciço da barragem. A cunha de ruptura possui uma força de

percolação que leva em conta as subpressões que atuam na sua superfície. Para esta situação devem ser realizados estudos

em softwares computacionais, pois o efeito deste esvaziamento pode ser mais desastroso e de difícil remediação. A envoltória

de resistência utilizada é a total.

ESVAZIAMENTO RÁPIDO DO RESERVATÓRIOESTABILIDADE DE BARRAGEM DE TERRA

Fonte

:ICO

LD

,2011

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ESVAZIAMENTO RÁPIDO DO RESERVATÓRIOESTABILIDADE DE BARRAGEM DE TERRA

ESVAZIAMENTO RÁPIDO DO RESERVATÓRIO

RESERVATÓRIO OPERANDO

Fonte

:ICO

LD

,2011

Perda de estabilidade devido ao rebaixamento rápido do

reservatório.

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Quando a barragem já entrou

em operação, considera – se

que o fluxo de água já foi

estabelecido. O talude critico é

o de jusante , sabendo que a

montante o talude fica estável

devido as força de percolação

existentes.

O ensaio para se obter a

envoltória de resistência é o

de adensamento - rápido

(CU).

OPERAÇÃO DA BARRAGEMESTABILIDADE DE BARRAGEM DE TERRA

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COM BASE NA PIEZOMETRIAANÁLISE DE DADOS

Segue a equação

da parábola básica

O uso de piezômetros é efetivo pois ele

fornece um conjunto de dados a um custo

relativamente baixo.

Um piezômetro “barato” custo em torno de

R$ 1000,00 para ser instalado a

profundidade 10,00 m

Leitura Recomendada : AVALIAÇÃO DE SEGURANÇA DA BARRAGEM DE CURUÁ-UMA COM BASE NA PIEZOMETRIA

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Para a barragem em operação, sob condição de fluxo permanente, considera-se

como situação de operação Normal, àquela em que os níveis piezométricos

refletem uma condição de estabilidade associada a fatores de segurança (FS)

superiores a 1,5. Este limite é recomendado pelo “Corps of Engineers” dos

EUA, para estabilidade de barragens (Fell e outros,1992).

Como situação de Atenção, são consideradas as condições de fluxo que

resultam em fatores de segurança entre 1,50 e 1,20.

Condições de estabilidade com FS < 1,20 estão classificadas na faixa de

Emergência.

NORMAL ATENÇÃO EMERGÊNCIA

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REFERÊNCIAS

HACHICH, W. ET AL (ED.). FUNDAÇÕES, TEORIA E PRÁTICA. SÃO PAULO: PINI, 751P, 1998.

MASSAD, F. Escavações a céu aberto em solos tropicais. São Paulo, SP. Oficina de textos, 96p,2005.

MASSAD, F. Obras de terra – Curso básico de geotecnia . São Paulo, SP. Oficina de textos, 215p,2010

GERSCOVICH, D.M.S . Fluxo em solos saturados. Rio de Janeiro, RJ. Departamento de Estrutura e fundações.Faculdade de

Engenharia. Notas de Aula.169p, 2011.

GAIOTO. N. Introdução ao projeto de barragens de terra e de enrocamento. São Carlos, SP. EESC-USP. 126p. 2003.

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Obrigado pela atenção.

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