acidentes de barragens

Engenharia Geotécnica na Reabilitação do Património Construído - 26 Fevereiro 2014

José Mateus de [email protected]

ENGENHARIA GEOTÉCNICANA REABILITAÇÃO DO

PATRIMÓNIO CONSTRUÍDO

SEMINÁRIO

ACIDENTES DE BARRAGENS

REABILITAÇÃO E REFORÇO

DA SEGURANÇA DE BARRAGENS

EM PORTUGAL

O CASO DA BARRAGEM DO PISCO


SUMÁRIO


REABILITAÇÃO E REFORÇO DA SEGURANÇA

DE BARRAGENS EM PORTUGAL

� ANTECEDENTES� INCIDENTES, ACIDENTES E ROTURAS DE BARRAGENS� OBJECTIVOS ESPECÍFICOS DOS ESTUDOS DE SEGURANÇA� CASOS DE ESTUDO E DE OBRA RECENTES


� CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS� ANOMALIAS DE FUNCIONAMENTO� OBSERVAÇÃO DOS CAUDAIS A JUSANTE� OBRAS DE REABILITAÇÃO E DE REFORÇO DA SEGURANÇA� NOVO DESCARREGADOR DE CHEIAS� NOVO CIRCUITO HIDRÁULICO DE TA/DF� OBRAS DE CAPTAÇÃO E CONTROLO DOS CAUDAIS AFLUENTES A JUSANTE� CONSIDERAÇÕES FINAIS



� As barragens estão entre as mais importantes realizações do Homem. Ultrapassam geralmente outras construções em volume e em custo, bem como em importância social e em risco

� O engenheiro de barragens tem concebido as barragens ao longo dos séculos de acordo com a experiência, tendo em conta os sucessos, mas sobretudo os insucessos

� A causa principal dos acidentes de barragens, a par com os galgamentos por cheias imprevistas, foi sempre a rotura das fundações

� “De tous les ouvrages construits par la main humaine , les barrages sont les plus meurtriers.” André Coyne, 1952



� “ To avoid the shortcomings associated with present practice requires, first of all, expert translation of the findings of the geologist into p hysical and mechanical terms.Next, it requires the evaluation of the most unfavorable mechanical possi bilities which would be expected under the existing geologic conditions and finally, to assume for the design of the structure the most unfavorabl e possibilities.

These mental operations represent by far the most i mportant, most difficult and most neglected tasks in the field of dam foundation s.” Karl Terzaghi, 1929



� Verifica-se que as insuficiências referidas por Terzaghi ainda são evidentes na prática actual e que continuam a ocorrer incidentes e roturas de barragens, embora com menor frequência do que há algumas décadas atrás

� Muitos dos incidentes e roturas são directamente atribuídos à falta de conhecimento e conveniente interpretação das condições geológicas locais e de caracterização geomecânica do maciço, negligenciando a abordagem crítica dos potenciais mecanismos de rotura da fundação das barragens


ACIDENTES DE BARRAGENSBARRAGEM DE CAMARÁ

Vista aérea da barragem após a rotura


Corte geológico longitudinal



Zona de rotura inicial da barragem



Vista após a ruína da zona superior da barragem



Superfície de rotura exposta a jusante da barragem



Vista da falha durante a fase de execução



Corte geológico longitudinal




Causas que contribuíram para a rotura

� Falta de um estudo geológico-geotécnico adequado à importância da obra e às condições geológicas

� Inadequada interpretação das condições geológicas durante a fase de escavação das fundações

� Falta de observação sistemática da barragem desde que se começaram a observar situações anómalas, no início de 2004



� A revisão crítica das causas das roturas de barragens, constitui uma oportunidade única para os projectistas de barragens adquirirem conhecimentos e capacidade de apreciação da importância de condições geológicas específicas e da influência do comportamento dos maciços de fundação na segurança de barragens (importance ofminor geologic features on the safety of a dam)




EM PORTUGAL


ANTECEDENTES

� Em 1997, o INAG promoveu concursos públicos para a execução de estudos relativos à segurança estrutural e hidráulico-operacional das barragens incluídas no âmbito do RSB

� A razão próxima para estes concursos, que, em geral, englobaram grupos de quatro barragens, foram os riscos sentidos por ocasião da intensa precipitação do inverno de 1995/96, com rotura de algumas barragens de pequena dimensão e ocorrência de anomalias envolvendo barragens de maior dimensão, embora sem perda de vidas humanas

� A análise da segurança envolveu a verificação da capacidade para satisfazer as exigências de comportamento necessárias para evitar incidentes e acidentes, a que se referem os aspectos estruturais, hidráulicos, operacionais e ambientais

� Um dos grupos englobou as barragens de Carviçais, Santa Maria de Aguiar, Penha Garcia e Pisco, adjudicado ao consórcio Hidro 4 / Cenor


INCIDENTES, ACIDENTES E ROTURAS DE BARRAGENS

� Curso de Exploração e Segurança de Barragens (Capítulo 3 - Incidentes, Acidentes e Roturas em Barragens, Veiga Pinto e Rui Faria). Março 2001

� Deterioration of Dams and Reservoirs. Examples and Their Analysis. Manuel Rocha. LNEC. ICOLD. Dezembro 1983

� Causes Internes Accidentelles d’Instabilité (Piping, Dispersivité, Fissuration etFracturation Hydraulique). António Mineiro. Hidrotécnica Portuguesa. Fevereiro 1983

� Abordagens de Riscos em Barragens de Aterro. Lurdes Pimenta. Tese. LNEC. 2009

� Boletins do CIGB (ICOLD)


� Avaliação da segurança estrutural e hidráulico-operacional (situações perigosas com risco de acidentes)

� Cálculo da onda de inundação para cenários de rotura adequados e obtenção do mapa de inundação a jusante

� Avaliação das eventuais consequências (risco potencial)

� Cálculo do índice global de risco (factores de risco externos, associados à barragem, humanos e económicos)

� Apreciação das condições de segurança e de medidas de prevenção e de mitigaçãodo risco

� Não são do conhecimento público as conclusões do estado das barragens inspeccionadas no âmbito do Plano de Inspecção de Barragens e quais delas estavam a precisar de intervenção

OBJECTIVOS ESPECÍFICOSDOS ESTUDOS DE SEGURANÇA


CASOS DE ESTUDO E DE OBRA RECENTESSANTA MARIA DE AGUIAR (1981)

�Beneficiação do aterro da barragem, para a dotar de condições de estabilidade estática e sísmica compatíveis com o d efinido no RSB; criação simultânea de um sistema de drenagem intern o do talude de jusante; substituição do enrocamento de protecçã o a montante; alteamento do coroamento por insuficiência da folga e respectiva reabilitação e alargamento (sistema de drenagem sup erficial, pavimento adequado, passeios e guardas de protecção )

�Captação e drenagem dos caudais afluentes no pé do talude a jusante

�Execução de uma cortina de injecções na margem esqu erda para controlar os caudais das ressurgência existente a j usante

�Beneficiação dos órgãos hidráulicos

�Condicionamento da exploração da albufeira 2 m abai xo do NPA

Perfil tipo das obras de reabilitação no fundo do v ale

1997


CASOS DE ESTUDO E DE OBRA RECENTESMINAS DE ALJUSTREL - BAR. DE ÁGUA INDUSTRIAL (1990)

Perfil tipo das obras de reabilitação no fundo do v ale

2009


CASOS DE ESTUDO E DE OBRA RECENTESMINAS DE ALJUSTREL - BARRAGEM DE REJEITADOS (1991)

Perfil tipo das obras de reabilitação e alteamento

2009


CASOS DE ESTUDO E DE OBRA RECENTESMINAS NEVES-CORVO - I.R. DO CERRO DO LOBO (1989)

Captação e encaminhamento de ressurgências2010


CASOS DE ESTUDO E DE OBRA RECENTESBARRAGEM DE VALTORNO-MOURÃO (2006)

Alçado da cortina de injecções de reforço do tratam ento de impermeabilização da fundação

2008


EVOLUÇÃO DA CONSTRUÇÃODE BARRAGENS EM PORTUGAL


CARACTERÍSTICAS PRINCIPAISLOCALIZAÇÃO

Barragem do Pisco

CasteloBranco


CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS

� Localização - Concelho de Castelo Branco. Rio Ramalhoso

� Ano de construção - 1968

� Objectivo - Abastecimento público de água à cidade de Castelo Branco e outras povoações do concelho

� Tipo - Barragem de terra, com perfil homogéneo (solos argilosos)

� Dimensões - 25 m de altura máxima acima da fundação: 260 m de desenvolvimento do coroamento

� Volume total de aterros - 58.000 m3

� Volume de armazenamento da albufeira (NPA) - 1,4 hm3

� Condições geológicas - Xistos micáceos mosqueados, com duas famílias de descontinuidades sub-verticais e uma família sub-horizontal; maciço intensamente fraturado em bandas verticais, com zonas muito alteradas à superfície


� Descarregador de cheias - Soleira frontal tipo WES (2 vãos com 10 m de largura cada), seguida de canal com 60 m de comprimento e 10 m de largura, com bacia de dissipação tipo III do USBR (margem esquerda)

� Caudal de dimensionamento (projecto) - 42,9 m3/s (T=100 anos)

� Torre de tomada de água - Tomada a dois níveis; passadiço para o coroamento da barragem com sete pilares fundados no aterro

� Circuito hidráulico de tomada de água/descarga de f undo - Duas condutas Ø 400 independentes em manilhas de betão envolvidas num maciço de betão único: inseridas numa vala no maciço rochoso, com uma profundidade máxima de 8 m e cerca de 1,5 m de largura; com duas mudanças de direcção em planta e duas mudanças de inclinação (com “caixas de pressão” colocadas nos pontos de inflexão)

� Cortina de injecções - Realizada cerca de dois anos após a conclusão da obra, por causa dos elevados caudas afluentes a jusante da barragem e por baixo do descarregador de cheias (que foi construído em algumas zonas sobre aterros)

� Vale a jusante - Bastante uniforme até à confluência com o rio Ocresa e bastante largo com ocupação dispersa, não existindo povoações junto ao leito do rio

CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS


CARACTERÍSTICAS PRINCIPAISPLANTA (projecto inicial)


CARACTERÍSTICAS PRINCIPAISPERFIL TRANSVERSAL TIPO (projecto inicial)

� Talude de montante - 3,5H/1V Talude de jusante - 2,5H/1V

� Coroamento - 8 m de largura Banqueta a jusante - 3 m de largura

� Cotas - Coroamento - 500,90 m, NMC - 499,70 m, NPA - 498,70 m


ANOMALIAS DE FUNCIONAMENTO(recolha de informação histórica)

� Circuito de TA/DF inoperacional(desde que a barragem entrou em funcionamento)

� Descarregador de cheias em estado de colapso iminente, quer por ter sido fundado parcialmente sobre aterros, quer por não dispor de drenagem da soleira, com manifestações de degradação perigosas para a segurança da barragem

� Afluência contínua e abundante de água a jusante, quer pelo descarregador de cheias, quer pela zona das condutas de descarga de fundo e tomada de água, quer, ainda, pela zona do fundo do vale, no pé de jusante da barragem

� Arrastamento de finos evidente a jusante da barragem (erosão interna), nas três zonas de afluência de caudais


ANOMALIAS DE FUNCIONAMENTOSITUAÇÃO EM 1997

Set 97


ANOMALIAS DE FUNCIONAMENTOSITUAÇÃO EM 1999

Jul 99


ANOMALIAS DE FUNCIONAMENTOSITUAÇÃO EM 2000 (após desmatação a jusante)

Fev 00


ANOMALIAS DE FUNCIONAMENTOSITUAÇÃO EM 2000 (afluências de água ao pé de jusan te)

� Junto à bacia de dissipação do descarregador de cheias, permanentemente alagada desde o início do período de exploração, aparentemente com arrastamento de finos dos aterros subjacentes ao descarregador

� Junto à saída da descarga de fundo, com arrastamento de finos provavelmente do material de aterro da vala onde se inserem a condutas, ou do próprio aterro da barragem a montante

� Generalizadamente ao longo do pé de jusante, em especial na zona da linha de água, onde sai o sistema de drenagem interno da barragem; verificava-se também o arrastamento de finos, em princípio devido ao material argiloso que não foi saneado no contacto aterro-fundação


ANOMALIAS DE FUNCIONAMENTOCHEIA DO INVERNO DE 2000

Dez 00


OBSERVAÇÃO DOS CAUDAIS A JUSANTE2001/2002

Dez 00


OBSERVAÇÃO DOS CAUDAIS A JUSANTE2001/2002


OBRAS DE REABILITAÇÃO E REFORÇO DA SEGURANÇAPROJECTOS

� Novo descarregador de cheias (com folga adequada ao novo caudal de projecto de 86,4 m3/s), incluindo um novo pontão no coroamento

� Estrutura sobre o canal do descarregador para passagem da tomada de água para a ETA existente a jusante

� Nova cortina de injecções a montante do descarregador

� Obturação e aterro do descarregador de cheias antigo

� Túnel visitável sob o aterro da barragem, com água na albufeira, para albergar o novo circuito de tomada de água e de descarga de fundo

� Nova torre de tomada de água, incluindo novo passadiço

� Obra de captação e controlo dos caudais afluentes a jusante da barragem


OBRAS DE REABILITAÇÃO E REFORÇO DA SEGURANÇA CONDICIONAMENTOS DOS PROJETOS

� Limitação da cota de esvaziamento da albufeira, por forma a não inviabilizar o abastecimento de água a Castelo Branco

� Construção da nova torre e da estrutura de entrada do novo descarregador de cheias em período de estiagem (nível da água na albufeira mais baixo)

� Era forçoso ter o novo descarregador de cheias em funcionamento antes do início das primeiras chuvas, mantendo o descarregador antigo até à conclusão do novo

� A execução do túnel apenas podia iniciar-se após a desactivação do antigo descarregador, dado que o emboquilhamento de jusante se situava dentro do canal

� Foi necessário prever duas frentes de trabalho para o túnel, em face do pouco tempo disponível, coordenando a frente no interior da albufeira com a execução da base da nova torre, ao abrigo de uma pequena ensecadeira; parte do túnel foi construído com o nível de água na albufeira acima da cota da soleira

� Definição de planos de contingência para diversos cenários, nomeadamente a ocorrência de uma cheia que colocasse em causa a segurança da obra

� Disponibilidades orçamentais limitadas


OBRAS DE REABILITAÇÃO E REFORÇO DA SEGURANÇA ESTUDOS DE REABILITAÇÃO E DE REFORÇO

Data Fase dos Estudos Estudos e Acontecimentos Trabalh os de Construção

1968 Antecedentes Construção da Barragem

1969 Detectadas apreciáveis fugas de água a jusante

1970/71 Execução da Cortina de Injecções

1972Tamponamento das Condutas. Captação de água para a ETA através de sifão

1978Estudo de reconstrução e beneficiação do descarregador de cheias (a soleira estava sobre ameaça de ruína). DGSH

1995/96Intensa precipitação: rotura de pequenas barragens e anomalias em barragens de maiores dimensões

1997Concurso Público: Barragens de Carviçais, Santa Maria de Aguiar, Penha Garcia e Pisco. INAG

1999 Recolha de Informação e Relatório da Visita de Inspecção

2000

2001

2002 Relatório da 3ª Fase. Plano de Observação

Relatórios da 1ª e 2ª Fase: caracterização hidrológica e de cheias, caracterização sísmica, análise da estabilidade da barragem, verificação da folga, condições operacionais dos órgãos de segurança, avaliação dos danos potenciais no vale a jusante, índice global de risco, proposta de medidas

Segurança da Barragem do Pisco (Estudos de Segurança Estrutural e Hidráulico-Operacional)


OBRAS DE REABILITAÇÃO E REFORÇO DA SEGURANÇA ESTUDOS DE REABILITAÇÃO E DE REFORÇO

Data Fase dos Estudos Estudos e Acontecimentos Trabalh os de Construção

2001Plano de Inspecções de Barragens, Faro 1 (17 barragens no âmbito do RSB e 22 barragens do RPB). INAG

Intervenção de Emergência no Descarregador de Cheias na sequência de uma forte cheia

Circuito Hidráulico de TA/DF. Programa de Reconhecimento GG

Circuito Hidráulico de TA/DF. Estudo Prévio

Evacuador de Cheias. Comparação de Soluções. Estudo Prévio

Evacuador de Cheias. Projecto de Concurso

Evacuador de Cheias. Projeto de Execução

2002 Circuito Hidráulico de TA/DF. Projeto de Execução Construção do Descarregador de Cheias

Cortina de Injecções. Projeto de Execução Construção do Circuito Hidráulico de TA/DF

Cortina de Injecções. Relatório de Acompanhanhamento dos Trabalhos Execução da Cortina de Injecções

Obras de Reforço da Segurança da Barragem do Pisco


OBRAS DE REABILITAÇÃO E REFORÇO DA SEGURANÇAPLANTA


NOVO DESCARREGADOR DE CHEIASCARACTERÍSTICAS

� Soleira descarregadora - em labirinto, com 20 m de largura

� Canal - 73 m de comprimento e 10 m de largura

� Bacia de dissipação - tipo II do BUREC, pregada ao maciço

� Caudais de cheia afluente e efluente - 105,9 e 86,4 m3/s (T=1000 anos)

� Drenagem - transversal e longitudinal ao longo de todo o desenvolvimento

� Cortina de injecções a montante - profundidade média de 20 m e comprimento de 84 m


NOVO DESCARREGADOR DE CHEIAS

Jul 02Jun 02

Set 02 Jan 03


NOVO DESCARREGADOR DE CHEIAS

Abr 04


NOVO CIRCUITO HIDRÁULICO DE TA/DFCARACTERÍSTICAS

Perfil longitudinal do túnel

� Túnel - largura útil - 2 m, altura máxima - 2 m, desenvolvimento total - 71,5 m

� Condutas - em aço com diâmetro 400, apoiadas em berços de betão armado


NOVO CIRCUITO HIDRÁULICO DE TA/DF

Secções transversais do túnel



Jul 03



Abr 04


� Tapete drenante - Em toda a área de afluências de água com espessura máxima de 1,60 m, executado a jusante contra um muro com altura de 2,20 m e comprimento de 18 m

� Câmaras de medição de caudais - Independentes na área de saída do sistema de drenagem interno da barragem e das condutas antigas

OBRAS DE CAPTAÇÃO E CONTROLO DOSCAUDAIS AFLUENTES A JUSANTE


OBRAS DE CAPTAÇÃO E CONTROLO DOSCAUDAIS AFLUENTES A JUSANTE

Jul 03

Set 02

Jan 03


BARRAGEM DO PISCO

2004


� O estudo da segurança da barragem do Pisco é um exemplo de aplicação de uma metodologia baseada no conceito de segurança e no cumprimento de regulamentos ou normas em vigor e na apreciação especializada, mas qualitativa, do grau de perigo e da possibilidade de acidente

� Os estudos de segurança realizados permitiram identificar as insuficiências da barragem, tendo-se constatado a precaridade em que esta se encontrava, em especial devido ao estado dos órgãos hidráulicos e ao arrastamento de finos evidente a jusante

� A grande cheia que ocorreu no inverno de 2000 destruiu o descarregador de cheias, (que foi provisoriamente reparado); este evento precipitou a realização das obras de reabilitação de que a barragem necessitava, tendo sido substituídos o descarregador de cheias e todo o circuito hidráulico de tomada de água e de descarga de fundo

� As intervenções foram efectuadas com grande urgência, para garantir a segurançadas obras; a realização dos estudos e a execução das obras tiveram que ser feitas num período muito curto

� É de destacar a complexidade das obras, quer em termos técnicos, quer em termos de programação dos trabalhos, conjugando a participação de todas as entidades interve-nientes e obrigando á constante ponderação dos riscos ao longo de todo o processo

CONSIDERAÇÕES FINAIS


ENTIDADES INTERVENIENTES

Muito contribuiu para atingir os objectivos o perma nenteacompanhamento e cooperação de todas as entidades e nvolvidas:

CMCB, DRAOT, INAG, LNECConstrutora do Lena, Consórcio Projectista Hidro4/C enor


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PATRIMÓNIO CONSTRUÍDO

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