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Serviços tecnológicos para
segurança de barragens
24 de agosto de 2017Foz do Iguaçu-PR
Rodrigo Moraes da Silveira, D. Sc.
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QUEM SOMOS
Instituição Privada
Autossustentável
58 anos no mercado
550 Colaboradores
5 unidades totalizando 30 mil m² de área construída
30 laboratórios para suporte tecnológico
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LABORATÓRIO CENTRAL
DE PESQUISA E
DESENVOLVIMENTO
CENTRO DE HIDRÁULICA
E HIDROLOGIA
PROFESSOR PARIGOT DE
SOUZA
UNIDADES
TECNOLÓGICAS
SEDE
ADMINISTRATIVA
LABORATÓRIO DE
MECÂNICA E EMISSÕES
VEICULARES
LABORATÓRIO DE
MATERIAIS E
ESTRUTURAS
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Slide 4Serviços tecnológicos para segurança de barragens
Estrutura da apresentação
1 – Introdução;
2 – Aspectos gerais;
3 – Fase de projeto e construção;
4 – Fase de operação;
5 – Instrumentação.
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Slide 5Serviços tecnológicos para segurança de barragens
1 - Introdução
• Objetivo:
Abordar, de forma geral, os serviços tecnológicos de barragenspara melhores práticas de projetos, construções e manutençãode barragens – (operação e segurança estrutural).
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Slide 6Serviços tecnológicos para segurança de barragens
1 - Introdução
• Barragens:• Barragens de concreto (armado ou rolado) - de gravidade, em arco e contrafortes• Barragens convencionais de terra e/ou enrocamento• Barragem de contenção de rejeitos
Barragem da Vale, Conceição, Itabira/MG
Hoover dam, Nevada e Arizona, EUA
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Slide 7Serviços tecnológicos para segurança de barragens
ANEEL
ANA ou órgãos estaduais de RH
DNPM
Órgãos Ambientais
USOS MÚLTIPLOS
HIDRELÉTRICA
RESÍDUOS INDUSTRIAIS
REJEITOS DE MINERAÇÃO
Fonte: Apresentação ANA
1 - Introdução
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Slide 8Serviços tecnológicos para segurança de barragens
1 - Introdução
• Segurança de barragens:• Lei nº 12.334-2010 – Estabelece a Política Nacional de Segurança de
Barragens;• Resolução CNRH nº 143-2012 – Estabelece critérios gerais de
classificação de barragens por categoria de risco, dano potencialassociado e pelo volume do reservatório;
• Resolução CNRH nº 144-2012 – Estabelece diretrizes paraimplementação da Política Nacional de Segurança de Barragens;
• Resolução ANA 091/2012 – Estabelece conteúdo mínimo edetalhamento do PSB e realização da Revisão Periódica deSegurança em barragens fiscalizadas pela ANA;
• Ofício Circular 308/2012 – SFG/ANEEL (03/2012) – Objetivou efetuarclassificação de risco das barragens e identificar o planejamento emrelação aos itens requeridos pela Lei 12.334/2010.
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Slide 9Serviços tecnológicos para segurança de barragens
1 - Introdução
• Segurança de barragens:
• Trata-se de uma preocupação permanente, tanto por suaimportância econômica como pelo risco potencial.
Risco potencial – representa a possibilidade de ruptura ououtro acidente grave como, perdas vidas humanas, impacto aomeio ambiente, prejuízos materiais e reflexos econômico-financeiros.
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Slide 10Serviços tecnológicos para segurança de barragens
• Definições de critérios:• Escolha do tipo de barramento (condições de contorno devem ser
consideradas);• Características geotécnicas e geológicas;• Materiais de construção (propriedades);• Investigações e ensaios de campo;• Estudos hidrológicos e hidráulicos;• Determinação da enchente máxima de projeto;• Estudos de sedimentação;• Estabilidade e erosão;• Tratamento das fundações;• Sistema de auscultação (INSTRUMENTAÇÃO);• Cargas de projeto e condições de carregamento;• FS a serem atendidos no dimensionamento.
2 - Aspectos gerais
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Slide 11Serviços tecnológicos para segurança de barragens
• O projeto geotécnico de barragens contempla os seguintes aspectosgeotécnicos:• Pré-dimensionamento da geometria da barragem: taludes, crista, bermas, etc.;• Projeto da drenagem interna (filtros e drenos);• Preparação das especificações para:- escavações, tratamento de fundações (lançamento, compactação eimpermeabilizações (fundação da barragem e/ou do reservatório), filtros e drenos,instrumentação e controle (manual de operações);• Dimensionamento final da barragem;• Projeto da instrumentação e elaboração de cartas de risco;• Aspectos geotécnicos das estruturas de concreto (drenagem, estabilidade, etc.);• Análises de percolação da água através do aterro e das fundações da barragem
(traçado de redes de fluxo em meios porosos;• Dimensionamento dos filtros, drenos e transições da barragem;• Análises da estabilidade dos taludes da barragem;• Análises do comportamento tensão x deformação da barragem (prevenção a
fissuramentos internos).
2 - Aspectos gerais
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Slide 12Serviços tecnológicos para segurança de barragens
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Slide 13Serviços tecnológicos para segurança de barragens
Segurança estrutural
Projeto e construção adequados
Minimização de riscos
Manutenção preventiva e
corretiva
Monitoramento
Manutenção preventiva
Gestão de emergência
PAE - PSB
Fase de projeto e construção:
Fase de operação:
• Observaçõesperiódicas decampo;
• Coleta e análisede dados deinstrumentos.
Lei 12.334/2010 – Lei de Segurança de Barragens
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Slide 14Serviços tecnológicos para segurança de barragens
Estudos hidráulicos;
Estudos geológicos-geotécnicos;
Ensaios laboratoriais;
Projeto – equipe multidisciplinar e experiente;
Controle de qualidade na construção.
3 – FASE DE PROJETO E CONSTRUÇÃO
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Slide 15Serviços tecnológicos para segurança de barragens
• Realizadas pela equipe própria do empreendimento;
• Consideradas como cotidianas;
• Com frequência mínima estabelecida pela legislação vigente (1 ano)
ou estudos que indiquem a necessidade de menor periodicidade;
• Devem abranger todas as estruturas, retratando as condições de
segurança, conservação e operação das estruturas.
Em condições excepcionais, sempre que detectadas anomalias
relevantes:
• Problemas decorrentes de grandes cheias;
• Esvaziamentos significativos;
• Abalos sísmicos;• Ventos de magnitudes não usuais, entre outros.
4 – FASE DE OPERAÇÃO
Regular
Especial INSP
EÇÃ
O
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CONTROLE TECNOLÓGICO
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CONTROLE TECNOLÓGICO
• Montagem de laboratório em obra com equipe para controletecnológico de materiais utilizados na construção de grandesempreendimentos da construção civil.
✓ Ensaios em aço (mecânicos);✓ Cimentos (caracterização física);✓ Agregados (caracterização física);✓ Concretos (CCV, CCR, projetado), calda de cimento e argamassas
(dosagens, caracterização mecânica, ensaios físicos);✓ Controle estatístico e aceitação do concreto;✓ Acompanhamento de lançamento de concretos e solos.
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CONTROLE TECNOLÓGICO
✓ Caracterização de solos;✓ Acompanhamento de lançamentos de filtros, transição e
enrocamentos;✓ Acompanhamento do núcleo argiloso (aterro);✓ Acompanhamento de execução de cortina de injeção na rocha.
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FISCALIZAÇÃO DE OBRAS
• Atuação na supervisão e auditoria (fiscalização) de obras, serviçocomumente denominado de engenharia do proprietário (“o olho dodono da obra”), onde se fiscaliza tecnicamente a empresa contratada(geralmente pela construtora) para a realização do controletecnológico.
✓ Acompanhamento dos ensaios laboratoriais (concreto e solos);✓ Supervisão em campo dos lançamentos dos materiais;✓ Avaliação do controle estatístico e aceitação do concreto;✓ Acompanhamento de lançamento/adensamento de concretos;✓ Acompanhamento de lançamento/compactação de solos.
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Slide 20Serviços tecnológicos para segurança de barragens
Auscultação:
É o conjunto de métodos de observação do comportamento de uma
determinada obra de engenharia, com o objetivo de controlar as suas
condições de segurança, comprovar a validade das hipóteses e dos
métodos de cálculo utilizados no projeto, verificar a necessidade da
utilização de medidas corretivas, fornecer subsídios para a elaboração
de novos critérios de projeto, etc.
Instrumentação:
Refere-se ao conjunto de dispositivos instalados nas estruturas e em
suas fundações objetivando monitorar seu desempenho a partir de
medições de parâmetros, cujos resultados, devidamente analisados e
interpretados, servirão para avaliar suas condições de segurança.
MONITORAMENTO
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Slide 21Serviços tecnológicos para segurança de barragens
Limitações (Dunnicliff, 1988):• A instrumentação cobre somente um número limitado de regiões;
• A instrumentação pode ser danificada, pode falhar ou começar a
funcionar precariamente com o envelhecimento, fornecendo
resultados errados;
• Muitas vezes a ocorrência de uma anomalia não pode ser detectada
porque a instrumentação não tem sensibilidade suficiente ou não
foi instalada no lugar adequado;
• Muitos relatos de acidente afirmam que o problema não foi
detectado pela instrumentação e que o “alarme” foi dado pela
observação visual;
• Dificilmente a instrumentação detecta fenômenos inesperados não
previstos na fase de projeto.
5 - Instrumentação
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Slide 22Serviços tecnológicos para segurança de barragens
Quantidade (Dunnicliff, 1988):
• A quantidade de instrumentos a ser instalado em uma
barragem está condicionada principalmente aos seguintes
aspectos básicos: comprimento da barragem, altura máxima,
características geológicas da fundação, características dos
materiais utilizados no corpo da barragem e etapas
construtivas.
• É inviável o estabelecimento de regras pré-determinadas
definindo a quantidade de instrumentos a serem instalados
em uma barragem.
Instrumentação
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Slide 23Serviços tecnológicos para segurança de barragens
RECALQUES✓PINOS DE RELALQUES✓MARCOS SUPERFICIAIS
DESLOCAMENTOS HORIZONTAIS✓ESTAÇÃO TOTAL
ROTAÇÃO NAS DIREÇÕES TRANSVERSAL E LONGITUDINAL✓ELETRONÍVEL
VIBRAÇÕES✓SISMÓGRAFO
DEFORMAÇÕES SUBSUPERFICIAIS✓INCLINÔMETROS
NÍVEL D’ÁGUA✓MNA
POROPRESSÃO✓PIEZÔMETROS
Monitoramento
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Slide 24Serviços tecnológicos para segurança de barragens
Histórico da instrumentação
O primeiro inclinômetro – Leonardo Da Vinci em 1480
• O primeiro inclinômetro – controlar a posição dasmaquinas voadoras no ar
O primeiro piezômetro – Stephen Hales em 1733
• O primeiro piezômetro – Halesmediu pressão sanguínea de umcavalo.
Inclinômetro convencional - Slope Indicator
Piezômetro elétrico convencional Tritech
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Slide 25Serviços tecnológicos para segurança de barragens
Eletroníveis
Medidores de deslocamento superficial
Marcos topográficos
Inclinômetro
Fita de cisalhamento
Instrumentos convencionais
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Slide 26Serviços tecnológicos para segurança de barragens
Tecnologia de fibra óptica
O QUE É A FIBRA ÓPTICA?
• É um meio através do qual a luz pode ser transmitida,transportando informações, seguindo trajetos retilíneos oucurvos;
• Núcleo: tem a função de transmitir o sinal de luz;
• Cladding (casca): tem a função de manter o sinal viajandono interior do núcleo por reflexão total;
• Revestimento: a primeira camada não óptica, tem objetivoprincipal de proteção mecânica e reforço da fibra;
• Camada protetora: Fornece resistência à abrasão.
CABO DE FO
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Slide 27Serviços tecnológicos para segurança de barragens
PORQUÊ UTILIZAR FIBRAS ÓPTICAS?
• Imunidade eletromagnética;
• Elevada abrangência espacial – até ~30km de
monitoramento por cabo óptico;
• Baixo custo dos sensores (mas a unidade leitora é
“cara”!);
• Facilidade de aquisição de dados durante as piores
(e mais importantes) condições climáticas –
possibilidade de processamento e análise em
tempo real.
Tecnologia de fibra óptica
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Slide 28Serviços tecnológicos para segurança de barragens
Tecnologia de fibra óptica
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Slide 29Serviços tecnológicos para segurança de barragens
(adaptado de Smolen e Spek, 2003)
Tecnologia de fibra óptica
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Slide 30Serviços tecnológicos para segurança de barragens
Tecnologia de fibra óptica
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Slide 31Serviços tecnológicos para segurança de barragens
APLICAÇÕES NA ENGENHARIA DE BARRAGENS
• Monitoramento de Barragens
Temperatura em maciços de concreto (CCR);
Erosão em núcleos de argila;
Fluxos em material drenante;
• Infiltração em juntas;
• Detecção de vazamentos;
• Instabilidade de Taludes.
Tecnologia de fibra óptica
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Slide 32Serviços tecnológicos para segurança de barragens
Tecnologia de fibra óptica
FIBRA MONOMODO (DTSS)
A luz viaja por um caminho único(de um único modo).
FIBRA MULTIMODO (DTS)
A luz viaja por vários caminhos(ou de modos diferentes).
d ≈ 4µm a 10µm
d ≈ 25µm a 150µmRaman
Brillouin
Rayleigh
BrillouinRaman
Stokes Anti-Stokes
Fibra óptica ou fibra ótica?
λ0 Comprimento de onda
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Slide 33Serviços tecnológicos para segurança de barragens
Mais informações sobreo os Métodos Distribuídos:
https://www.youtube.com/watch?v=dG7whvEunu0
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Slide 34Serviços tecnológicos para segurança de barragens
Instalações em campo – Medidor de nível d’água e piezômetros – DTS
Procedimento de instalação:
Instrumentos ópticos
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Slide 35Serviços tecnológicos para segurança de barragens
La Conchita, coastal area of
southern California, spring 1995.
MOTIVAÇÃOPipeline
Instrumentos ópticos
Instalações em campo – Encostas atravessadas pordutos da Petrobras – Movimentos de massa – DTSS(TAMBÉM APLICÁVEL A BARRAGENS – TALUDE DEJUSANTE E MONTANTE.
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Slide 36Serviços tecnológicos para segurança de barragens
Redes de Bragg – Testes em Laboratório
• Sensor de poro-pressão P-01 (Sylex) em célula triaxial
Instrumentos ópticos
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Slide 37Serviços tecnológicos para segurança de barragens
• Sensor de deslocamentos – extensômetro ASC-01
Instrumentos ópticos
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Slide 38Serviços tecnológicos para segurança de barragens
Sensores - Redes de Bragg
• Sensores de poro-pressão e deslocamento na UHE Quebra-Queixo
Instrumentos ópticos
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Slide 39Serviços tecnológicos para segurança de barragens
• Sensores de deformações instalados em UHE
Instrumentos ópticos
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Slide 40Serviços tecnológicos para segurança de barragens
Instrumentos ópticos
• Inclinômetro FO – em fase inicial de estudo
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Slide 41Serviços tecnológicos para segurança de barragens
Geração e transferência de calor no solo e
água – Método do Aquecimento
Desenvolvimento de sistema para medida da velocidade do
fluido – Detecção de Erosão Interna
Instrumentos ópticos
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Slide 42Serviços tecnológicos para segurança de barragens
Geração e transferência de calor no solo
e água – Método do Aquecimento
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Slide 43Serviços tecnológicos para segurança de barragens
Geração e transferência de calor no solo
e água – Método do Aquecimento
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Slide 44Serviços tecnológicos para segurança de barragens
Considerações finais
• A apresentação deu apenas ideias gerais sobre serviços tecnológicos. Não era
objetivo esgotar o assunto;
• A FO é uma evolução na instrumentação geotécnica e no monitoramento espacial e
contínuo, e já é uma real tecnologia de ponta;
• Está em ativo processo de desenvolvimento e ainda tem muito a ser estudado e
evoluir, o que comprova sua potencialidade;
• Utilização em P&D e aplicações práticas em obras demonstram importância e futuros
benefícios possíveis para a engenharia;
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Slide 45Serviços tecnológicos para segurança de barragens
Considerações finais
• Quanto a instrumentação como um todo, o monitoramento hidráulico-mecânico de
barragens através da instalação de um adequado sistema de instrumentação
desempenha um papel fundamental na avaliação do comportamento destas
estruturas, tanto durante o período de construção quanto no regime de plena
operação;
• É inconcebível grandes estruturas sem um adequado número de instrumentos com
monitoramento assíduo procedido por profissionais com conhecimento específico.
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Slide 46Serviços tecnológicos para segurança de barragens
Não há ensino sem pesquisa e pesquisa sem ensino.PAULO FREIRE
Não há engenheiro sem conhecimento e atualização, que somados ao bom senso, iniciativa e criatividade formam o perfil
de um bom profissional.FERNANDO SCHNAID
A informação solicitada nem sempre é a informação necessária. A informação necessária nem sempre pode ser obtida. A
informação obtida nem sempre é suficiente. A informação suficiente nem sempre é economicamente viável.
FERNANDO SCHNAID