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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.
![Page 39: Metodologias e Equipamentos para Monitoramento de ...energia.sp.gov.br/a2sitebox/arquivos/documentos/878.pdf · • A instrumentação e a inspeção são igualmente importantes na](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022051803/5bfc448a09d3f225088beebf/html5/thumbnails/39.jpg)
Ruptura da Barragem da Pampulha - BH
Foto em 16 de maio de 1954 Foto em 20 de maio de 1954