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Proceedings of the 1st Iberic Conference on Theoretical and Experimental Mechanics and Materials /

11th National Congress on Experimental Mechanics. Porto/Portugal 4-7 November 2018.

Ed. J.F. Silva Gomes. INEGI/FEUP (2018); ISBN: 978-989-20-8771-9; pp. 1079-1094.

-1079-

PAPER REF: 7304

APOIO DO LNEC NO PROJETO, CONSTRUÇÃO E EXPLORAÇÃO DE BARRAGENS DE BETÃO

Jorge Pereira Gomes(*), António Lopes Batista, José Vieira de Lemos, Luís Lamas, António Tavares de Castro

LNEC - Laboratório Nacional de Engenharia Civil, Lisboa, Portugal (*)

Email: [email protected]

RESUMO

O Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC), desde a sua criação, em 1946, tem dado

um apoio significativo ao projeto, à construção e à exploração de barragens de betão e obras

subterrâneas associadas, tanto em Portugal como no estrangeiro. Esta atividade tem sido

muito diversificada e abrange todas as fases de vida das obras, podendo salientar-se os

estudos e atividades relacionados com a caracterização dos maciços rochosos, a definição de

formas estruturais e hidráulicas, utilizando modelação física e matemática, a análise estrutural

por métodos experimentais e numéricos, a observação do comportamento e o controlo da

segurança. No sentido de reduzir a dependência energética de Portugal, nos últimos anos tem

vindo a ser aumentada a capacidade de produção hidroelétrica, com o reforço de potência de

aproveitamentos existentes e com a construção de novos aproveitamentos. O presente trabalho

apresenta os aspetos principais de algumas obras em que o LNEC tem estado envolvido,

colaborando com a autoridade nacional, os donos de obra, os projetistas e os construtores. As

atividades descritas têm vindo a ser desenvolvidas por uma vasta equipa de especialistas do

LNEC, entre os quais se incluem os autores do presente trabalho.

Palavras-chave: Barragens, fundações, obras subterrâneas, projeto, construção, exploração,

observação

INTRODUÇÃO

O LNEC tem estado envolvido em estudos no domínio das barragens desde a sua fundação,

em 1946. Este envolvimento, que foi um dos fatores da sua criação e afirmação, foi motivado

pela necessidade sentida pelo Estado português de desenvolver, na administração pública,

uma entidade que detivesse conhecimentos científicos avançados e capacidades e

competências técnicas que permitissem garantir a segurança das grandes obras públicas

portuguesas. Estas valências têm vindo a ser colocadas ao serviço dos diferentes

intervenientes no projeto, construção, observação e acompanhamento do comportamento e

reabilitação das obras, bem como na elaboração e revisão de regulamentos e documentos

normativos. Deve ainda referir-se como relevante a intervenção em organizações nacionais e

internacionais no domínio das barragens, bem como na promoção regular de cursos e eventos

técnico-científicos neste âmbito.

A intervenção do LNEC na engenharia de barragens mobiliza as áreas científicas que estão

atribuídas às seguintes unidades orgânicas: Departamento de Hidráulica e Ambiente (nos

aspetos relacionados com hidrologia, hidráulica de estruturas, riscos a jusante e planeamento

Track-K: Invited Keynote Papers

-1080-

de emergência); Departamento de Geotecnia (para as barragens de aterro e enrocamento) e o

Departamento de Barragens de Betão (para as barragens de betão e de alvenaria e as obras

subterrâneas em maciços rochosos).

A partir de meados da primeira década do século XXI, com o objetivo de reduzir a

dependência energética de Portugal, tem vindo a ser aumentada a capacidade de produção

hidroelétrica. Para tal contribuíram dois fatores fundamentais. Por um lado, o novo paradigma

da exploração dos aproveitamentos hidroelétricos, conjugada com a dos aproveitamentos

eólicos, que levou ao reforço de potência e à instalação de unidades reversíveis em diversos

empreendimentos existentes, o que obrigou à construção de novos circuitos hidráulicos

subterrâneos, alguns de grande comprimento, e de cavernas para as centrais a profundidades

elevadas. Por outro lado, o lançamento do Programa Nacional de Barragens com Elevado

Potencial Hidroelétrico, que previa a construção de cerca de uma dezena de novas grandes

barragens e centrais.

A colaboração do LNEC nas grandes barragens inicia-se, em regra, através de estudos de

apoio ao projeto para: i) caracterização hidrológica; ii) escolha de sítios e caracterização das

propriedades dos maciços de fundação; iii) escolha e otimização de formas, caracterização do

comportamento dos materiais, verificação da segurança para condições de serviço e para

condições extremas de utilização, nomeadamente para a ocorrência de grandes cheias e

sismos, utilizando, essencialmente, métodos numéricos nas análises estruturais e modelos

físicos reduzidos para os órgãos hidráulicos; e iv) elaboração de planos de observação e de

emergência.

Durante a construção das obras, o LNEC participa na caracterização e controlo dos materiais

utilizados e apoia ou controla a instalação dos sistemas de observação. Durante a exploração,

supervisiona o controlo da segurança através do arquivo e gestão de dados e resultados da

observação, realização de inspeções de segurança e elaboração de relatórios sobre o

comportamento das obras.

Salienta-se ainda a intervenção do LNEC no âmbito do Regulamento de Segurança de

Barragens [1], ao abrigo do qual atua como consultor da Autoridade nacional em segurança de

barragens.

Neste trabalho apresentam-se, resumidamente, as características principais das obras em que o

LNEC tem estado recentemente envolvido e as atividades desenvolvidas em estreita

colaboração com a autoridade nacional, os concessionários, os projetistas e os construtores

[2].

NOVOS EMPREENDIMENTOS

Os aproveitamentos hidroelétricos em que o LNEC tem estado envolvido localizam-se

maioritariamente no norte de Portugal, como se indica na Figura 1. Apresentam-se as

principais características das novas barragens e suas centrais, bem como as empresas

concessionárias [3]. A barragem do Alto Ceira não tem central, sendo a água transvasada para

outra albufeira, onde é turbinada.

A barragem do Feiticeiro é o contra-embalse da barragem do Baixo Sabor, sendo ambas

dotadas de sistemas reversíveis. A barragem de Ermida é o contra-embalse da barragem de

Ribeiradio, o mesmo se passando com Fridão (jusante) e Fridão (montante), sendo ambos

Proceedings TEMM2018 / CNME2018

-1081-

aproveitamentos não reversíveis. Foz Tua e Alvito são também aproveitamentos reversíveis.

O concessionário destes aproveitamentos é a EDP. Ainda não foi iniciada a construção dos

aproveitamentos de Fridão e do Alvito.

As barragens do Alto Tâmega, Daivões e Gouvães formam o Sistema Eletroprodutor do

Tâmega, cujo concessionário é a Iberdrola. Gouvães é a barragem localizada a uma cota

superior e constitui com Daivões um aproveitamento reversível, dispondo de um circuito

hidráulico longo, com 665 m de queda e cerca de 7500 m de comprimento, e uma central a

uma profundidade de cerca de 350 m, dotada de quatro grupos turbina-bomba. Todas estas

obras estão já em fase de construção.

A barragem de Girabolhos integra, com a barragem de Bogueira (enrocamento), o

empreendimento reversível no rio Mondego, concessionado à Endesa, cuja construção ainda

não teve início.

Fig. 1 - Localização dos novos empreendimentos a vermelho e reforços de potência a amarelo.

N. Aproveita-

mento

Barragem

/ altura (m)

Tipo de

central

Queda

(m)

Potência

(MW)

1 Alto Ceira II

/ EDP

Abóbada

/ 41 - - -

2 Baixo Sabor

/ EDP

Abóbada

/ 123 Poço 96 171

3 Feiticeiro

/ EDP

Gravidade

/ 45 Poço 33 41

4 Ribeiradio

/ EDP

Arco-

gravi-

dade / 83

Poço 65 72

5 Ermida

/ EDP

Gravidade

/ 34

Pé de

barragem 25 7

6 Foz Tua

/ EDP

Abóbada

/ 108 Poço 97 262

7

Fridão

(montante)

/ EDP

Abóbada

/ 98

Pé de

barragem 77 238

8

Fridão

(jusante)

/ EDP

Gravidade

/ 34 - - -

9 Alvito

/ Iberdola

Gravidade

/89 Caverna 113 239

10 Alto Tâmega

/ Iberdola

Abóbada

/ 106

Pé de

barragem 87 160

11 Daivões

/ Iberdola

Arco-

gravi-

dade / 77

Poços 60 114

12 Gouvães

/ Iberdola

Gravidade

/ 30 Caverna 665 880

13 Girabolhos

/ Endesa

Abóboda

/ 105

Pé de

barragem 65 355

N. Aproveita-

mento

Central /

prof. (m)

Circuito /

comp. (m)

Queda

(m)

Potência

(MW)

14 Picote II Caverna

/ 200 450 67 246

15 Bemposta

II

Poço

/ 85 600 60 191

16 Alqueva II Poço

/ 55 380 73 269

17 Salamonde

II

Caverna

/ 150 2000 115 204

18 Venda

Nova III

Caverna

/ 400 4700 420 736

19 Paradela II Caverna

/ 500 10000 580 318


-1082-

Na Figura 1 apresentam-se também as principais características dos novos reforços de

potência de aproveitamentos existentes. Trata-se, na generalidade dos casos, de

aproveitamentos com obras subterrâneas muito importantes, nomeadamente circuitos

hidráulicos extensos e de grande secção e centrais subterrâneas de grandes dimensões

localizadas a profundidades elevadas. O concessionário de todos estes aproveitamentos de

reforço de potência é a EDP.

CARACTERIZAÇÃO GEOMECÂNICA DOS MACIÇOS ROCHOSOS

Para caracterização geomecânica dos maciços rochosos de fundação das barragens, bem como

das obras subterrâneas associadas, foi realizado um vasto conjunto de estudos incluindo,

principalmente, ensaios de campo e de laboratório.

Foram efetuados levantamentos da compartimentação dos maciços de fundação das barragens

de Fridão (montante) e do Baixo Sabor que, mediante a utilização de métodos estatísticos

apropriados, permitiram caracterizar geometricamente as principais famílias de

descontinuidades.

Foram executados ensaios de campo nos maciços rochosos de fundação das barragens com o

objetivo de caracterizar a sua deformabilidade. Foram realizados pelo LNEC ensaios

dilatométricos (Borehole Dilatometer, BHD, Figura 2a) para as fundações de todas as

barragens referidas neste trabalho, com exceção de Girabolhos. Estes ensaios realizam-se em

furos de sondagem e consistem na aplicação de pressões radiais nas paredes dos furos e na

medição dos correspondentes deslocamentos do maciço, possibilitando dessa forma a

caracterização da sua deformabilidade até profundidades da ordem de 100 m.

Foram também realizados ensaios com almofadas planas de grande área (Large Flat Jack,

LFJ) (Figura 2b), com os quais é possível envolver um maior volume de maciço rochoso e,

desta forma, obter uma melhor caracterização da sua deformabilidade [4]. O LNEC realizou

estes ensaios para estudo das fundações das barragens de Daivões, Alto Tâmega, Fridão

(montante), Ribeiradio, Foz Tua, Alvito e Baixo Sabor.

Para os circuitos hidráulicos das barragens de Baixo Sabor, Foz Tua e Alvito, o LNEC

realizou ensaios de campo para medição do estado de tensão in situ, por uma técnica de

sobrecarotagem, utilizando defórmetros tridimensionais instalados em furos de sondagem de

pequeno diâmetro (Stress Tridimensional Test, STT).

(a) (b)

Fig. 2 - Ensaios de campo para avaliação da deformabilidade de maciços rochosos: (a) vista do ensaio BHD;

(b) vista do ensaio LFJ.


-1083-

Para as centrais subterrâneas dos reforços de potência de Picote II, Bemposta II e Salamonde

II, os programas de ensaios para medição de tensões in situ incluíram também a realização de

ensaios com almofadas planas de pequena área (Smal Flat Jack, SFJ) nos hasteais das

escavações durante a fase de construção.

Nas barragens do Alto Ceira II, Baixo Sabor, Ribeiradio, Ermida e Foz Tua foram realizadas

tomografias sísmicas nos maciços rochosos, para avaliação das velocidades de propagação

das ondas, nas fases de tratamento das fundações e/ou antes e após o primeiro enchimento das

albufeiras.

Foram desenvolvidos modelos numéricos de grandes dimensões e complexidade, que

permitiram integrar os resultados de todos os ensaios realizados e considerar a topografia do

terreno e a geometria das escavações, bem como hipóteses de partida relativamente ao estado

de tensão. Foi possível, desta forma, estimar os campos de tensões mais prováveis na zona das

principais cavernas, que foram, em seguida, utilizados nos cálculos de projeto para

dimensionamento destas estruturas subterrâneas [5].

Um estudo especialmente interessante do estado de tensão foi realizado para a central de

Gouvães, em que o maciço rochoso é heterogéneo, localizando-se a caverna da central na

superfície de contacto entre micaxistos e granitos, que têm deformabilidades diferentes [6]. A

Figura 3 apresenta o modelo numérico desenvolvido, que considera a topografia, os túneis de

acesso já escavados à data dos ensaios, bem como as duas formações rochosas em presença.

Fig. 3 - Modelo numérico utilizado no cálculo do estado de tensão na zona da central

subterrânea de Gouvães.


-1084-

No caso da central de Paradela II foram realizados ensaios de sobrecarotagem, utilizando o

método STT, ensaios de almofadas planas SFJ, ensaios de fraturação hidráulica (Hydraulic

Fracturing, HF) e de fraturação hidráulica em superfícies pré-existentes (Hydraulic

Fracturing on Pre-existing Faces, HTPF). Na Figura 4a indicam-se os locais dos furos de

sondagem onde foram realizados os ensaios hidráulicos (PD19 e PD23), até à profundidade de

500 m, e dos furos, perfurados a partir de um túnel de acesso, onde foram realizados os

ensaios STT (PD1 e PD2). Foi desenvolvido um modelo numérico de muito grandes

dimensões (Figura 4b) para interpretação dos resultados, nomeadamente para investigar o

efeito do tempo nas tensões horizontais medidas [7].

(a) (b)

Fig. 4 - Central de Paradela II: a) localização dos furos em que foram realizados ensaios STT, HT e

HTPF, b) modelo numérico utilizado para interpretação das tensões medidas

Em laboratório foi executado um grande número de ensaios, sendo de destacar os ensaios de

deslizamento de descontinuidades (Figura 5a) para caracterização da sua resistência

tangencial e deformabilidade. Estes ensaios foram realizados pelo LNEC para todas as

barragens, com exceção de Girabolhos. Foram também realizados ensaios triaxiais em

provetes de rocha (Figura 5b) dos circuitos hidráulicos de Foz Tua e do Alvito, bem como da

fundação da barragem de Gouvães, para caracterização da sua resistência.

a) b)

Fig. 5 – Ensaios de laboratório de provetes de maciços rochosos: a) ensaio de deslizamento de diáclases,

b) ensaio triaxiais de provetes cilíndricos


-1085-

ANÁLISE DE CENÁRIOS CORRENTES E DE ROTURA

Os estudos de análise estrutural para apoio ao projeto das novas barragens compreenderam a análise, utilizando modelos numéricos das diversas situações de projeto, quer de cenários correntes de exploração quer, principalmente, de cenários de rotura [3].

Estudos de cenários de deslizamento ao longo da superfície de fundação para a ação do Sismo Máximo de Projeto (SMP), com base em modelos bidimensionais de elementos discretos, foram realizados para as barragens gravidade do Feiticeiro e Alvito. Para a barragem arco-gravidade de Daivões foram desenvolvidos estudos de rotura pela fundação, considerando quer a ligação betão-rocha, quer as descontinuidades do maciço rochoso. Foi utilizado um modelo de elementos discretos tridimensional, com base numa representação do maciço rochoso através de um sistema de blocos, sendo consideradas as ações estáticas e as ações sísmicas.

No caso das barragens abóbada, o estudo dos cenários de rotura compreende habitualmente três tipos de análise. Em primeiro lugar, a avaliação da capacidade última da abóbada de betão, que corresponde ao cenário de deterioração do betão, no qual se faz uma estimação do coeficiente de segurança global da estrutura através da minoração progressiva da resistência do betão. Os modelos numéricos que têm sido utilizados no LNEC para este fim baseiam-se numa representação constitutiva do betão por uma formulação de dano contínuo isotrópico, com duas variáveis de dano independentes, para a tração e a compressão [8]. O estudo deste cenário foi conduzido para as barragens abóbada do Baixo Sabor (Figura 6a), Foz Tua, Alto Tâmega, Fridão e Girabolhos.

O comportamento das barragens abóbada sob ações sísmicas tem sido analisado com modelos numéricos não lineares, que permitem realizar a análise dinâmica ao longo do tempo [9]. Nestes modelos adota-se, em regra, uma representação da barragem em blocos, sendo consideradas as juntas de contração da abóbada, assim como a superfície de fundação. Nestas descontinuidades admite-se comportamento não linear, em regra com base no critério de Mohr-Coulomb. Os blocos da barragem e o maciço de fundação são considerados em regime elástico, sendo verificada a admissibilidade das tensões máximas atingidas. Um elemento essencial nestas análises é a consideração da interação hidrodinâmica barragem-albufeira, que pode ser simulada numa primeira aproximação, pelo método das massas associadas de Westergaard. Estes estudos sísmicos foram realizados para todas as barragens abóbada. Na Figura 6b apresenta-se o modelo numérico para análise sísmica da barragem de Foz Tua.

(a) (b)

Fig. 6 - Modelos numéricos: (a) para estudo do cenário de deterioração do betão na barragem do Baixo

Sabor; (b) para análise sísmica da barragem de Foz Tua.


-1086-

A avaliação da segurança das barragens para mecanismos de rotura através do maciço rochoso

de fundação tem sido realizada com modelos de blocos discretos, em que se representam as

principais superfícies de descontinuidade. Estas análises permitem identificar volumes de

rocha suscetíveis de se destacarem sob as ações transmitidas pela barragem, considerando

também o efeito das pressões da água em todas as descontinuidades [10]. Foram realizados

estudos deste tipo para as barragens de Baixo Sabor, Alto Ceira II, Foz Tua, Alto Tâmega,

Fridão (montante) e Girabolhos. Na Figura 7 apresenta-se o modelo numérico utilizado para a

barragem de Alto Tâmega com representação das descontinuidades a jusante da barragem, de

acordo com o estudo geológico realizado.

(a) (b)

Fig. 7 – Barragem do Alto Tâmega: (a) levantamento geológico do maciço rochoso com indicação dos

principais acidentes geológicos; (b) Modelo numérico para estudo de mecanismos de rotura através da

fundação da barragem.

OUTRAS ATIVIDADES DE APOIO AO PROJETO

Os planos de observação das barragens do Alvito, Alto Tâmega, Daivões, Gouvães e

Girabolhos foram elaborados pelo LNEC, em grande interação com os concessionários, tendo

em consideração as características das obras e a regulamentação portuguesa de segurança de

barragens [1, 3].

Os planos de observação incluíram a definição dos sistemas de observação e dos critérios da

sua exploração, bem como o planeamento genérico das inspeções, visando a avaliação das

condições de segurança das obras durante as suas fases de vida: construção, primeiro

enchimento da albufeira e exploração. Na Figura 8 apresenta-se a definição genérica dos

instrumentos de observação previstos para a barragem do Alto Tâmega. Merecem referência

os estudos específicos de caracterização das propriedades mecânicas dos materiais das

barragens e suas fundações, bem como os meios utilizados na recolha, arquivo e tratamento

dos resultados das observações, assim como a forma como a interpretação do comportamento

estrutural e hidráulico das obras deverá ser feita com vista ao controlo da segurança.

A análise do escoamento em estruturas hidráulicas, com base em modelação física, é uma

técnica imprescindível no dimensionamento destas estruturas. Foram conduzidos no LNEC

vários estudos hidráulicos em modelo físico, nomeadamente para os descarregadores das


-1087-

barragens de Foz Tua, Daivões, Alto Tâmega, Alto Ceira II, Baixo Sabor, Feiticeiro e

Ribeiradio (Figura 9).

Fig. 8 - Instrumentos de observação a instalar na barragem do Alto Tâmega.

(a) (b)

Fig. 9 - Modelo físico hidráulico da barragem de Foz Tua: (a) vista de montante da barragem e do vale a

jusante; (b) ensaio do descarregador.


-1088-

APOIO NA FASE DE CONSTRUÇÃO

A EDP, o maior concessionário português de grandes aproveitamentos hidroelétricos, tem

recorrido ao LNEC para a constituição de equipas especializadas de instrumentação (EEI) de

barragens de betão [11].

As equipas especializadas de instrumentação (EEI) integram técnicos permanentemente

deslocados nas obras durante a fase de construção, com o objetivo de complementar o

trabalho da fiscalização neste domínio específico, e investigadores que desempenham

atividades de coordenação e garantem a ligação às equipas de supervisão de obra e de projeto.

As EEI foram responsáveis pela apreciação de planos de instrumentação, análise de propostas

relativas a instrumentos e acessórios dos sistemas de observação, verificação do

funcionamento de dispositivos de resistência elétrica a embeber no betão estrutural (Figura

10), apoio à preparação e instalação de instrumentos de observação embebidos (Figura 11) e

aparentes, apoio à caracterização das propriedades do betão, acompanhamento de trabalhos

específicos de construção e, também, pela constituição e exploração das bases de dados e

resultados da observação, utilizando o sistema informático dedicado em uso no LNEC e na

EDP.

Foram constituídas recentemente as equipas especializadas de instrumentação do LNEC para

apoio durante a construção das obras do Sistema Eletroprodutor do Tâmega, concessionado à

Iberdrola, que estão na sua fase inicial de trabalho.

O LNEC tem vindo a dar apoio, de uma forma sistemática nos últimos anos, à especificação e

à instalação dos sistemas de monitorização dinâmica em contínuo (SMC) do comportamento

de barragens e dos sistemas de observação sísmica (SOS). Os SMC permitem a medição de

vibrações em vários pontos das barragens sob excitação ambiente e identificar, de forma

automática, os parâmetros modais do sistema barragem-fundação-albufeira ao longo da vida

da obra, permitindo assim detetar alterações do comportamento e identificar possíveis

anomalias estruturais. Os SOS têm como objetivo observar o comportamento dinâmico de

barragens quando sujeitas a ações sísmicas, englobando também a caracterização da ação

imposta através do maciço de fundação. Os SOS são compostos por acelerómetros triaxiais,

instalados no corpo da barragem e junto à superfície de inserção, e, quando se justifica, por

estações remotas implantadas nas proximidades da albufeira (Figura 12), para avaliação da

propagação das ondas sísmicas [12].

Com vista à caracterização do comportamento dinâmico das barragens usando uma excitação

conhecida e de maior amplitude, têm vindo a ser realizados ensaios de vibração forçada nas

obras, antes e após o primeiro enchimento das albufeiras. Esta técnica permite identificar os

parâmetros modais de estruturas mais rígidas e determinar a influência da cota da albufeira

nesses parâmetros, tendo sido utilizada nas barragens abóbada do Alto Ceira II, Baixo Sabor e

Foz Tua [13].


-1089-

(a) (b)

Fig. 10 - Aspetos da montagem na prensa para a calibração de um extensómetro de resistência elétrica tipo

Carlson: (a) vista geral; (b) pormenor do extensómetro colocado na prensa desenvolvida no LNEC.

(a) (b)

Fig. 11 - Aspetos da montagem de grupos de extensómetro de resistência elétrica tipo Carlson no corpo da

barragem: (a) grupo plano de 5 extensómetros colocado junto aos paramentos; (b) grupo tridimensional de 9

extensómetros colocados no meio da barragem.

(a) (b)

Fig. 12 - Aspetos de uma estação remota de um Sistema de Observação Sísmica de barragens de betão: (a)

vista geral; (b) pormenor de instalação do acelerómetro tridimensional.

O LNEC tem também dado apoio no acompanhamento de escavações para inserção de

barragens, designadamente nos locais de maiores pendentes, tendo desenvolvido

metodologias específicas apoiadas por fotografia digital para o controlo da segurança dos

trabalhos, que foram aplicadas com sucesso na barragem de Foz Tua.


-1090-

No que respeita às obras subterrâneas, o LNEC tem vindo a acompanhar a realização das

escavações, a implementação dos sistemas de observação e o primeiro enchimento e entrada

em funcionamento, quer das obras associadas às novas barragens, quer dos empreendimentos

subterrâneos para reforço de potência de aproveitamentos existentes. A Figura 13a apresenta,

a título exemplificativo, uma secção transversal da central subterrânea de Salamonde II, onde

estão representados os extensómetros de varas múltiplos que foram instalados como parte do

sistema de observação.

Na Figura 13b representa-se uma perspetiva do modelo numérico tridimensional utilizado

para apoio à interpretação dos resultados da observação durante a construção, com uma

representação dos deslocamentos calculados nas superfícies das escavações [14].

(a) (b)

Fig. 13 - Central de Salamonde II: (a) corte transversal da caverna com localização dos

extensómetros de varas; (b) modelo numérico da caverna da central de apoio na fase de

construção, com representação da superfície do terreno.

São ainda de destacar as atividades realizadas pelo LNEC para os concessionários no âmbito

de estudos específicos sobre os materiais a utilizar nas obras em construção, destacando-se,

pela sua importância, os relativos à mitigação das reações expansivas de origem interna do

tipo álcalis-agregado [15].

Finalmente, salienta-se a colaboração do LNEC na definição dos sistemas de observação

geodésica e na realização de campanhas de medição de deslocamentos na generalidade das

grandes obras, utilizando esta técnica e ainda o GNSS [16].

APOIO NA FASE DE EXPLORAÇÃO

Previamente à fase de exploração ou no seu início, existe uma fase extremamente importante

na avaliação das condições de segurança, que corresponde ao pelo primeiro enchimento da

albufeira.

O primeiro enchimento da albufeira é um dos períodos mais importantes na vida das

barragens, pois corresponde a um verdadeiro ensaio de carga das estruturas construídas. Para


-1091-

o controlo de segurança durante este período é elaborado um Plano de Primeiro Enchimento,

documento complementar ao Plano de Observação, onde se definem as observações e os

estudos específicos relativos ao controlo de segurança nesta fase [17]. Durante este período, o

nível da água na albufeira sobe de forma controlada, de forma a permitir a acomodação das

estruturas e das suas fundações a novas condições de solicitação, havendo interrupções

programadas, de forma a permitir a avaliação das condições de segurança das obras a partir da

observação do seu comportamento. Na Figura 14 apresenta-se o modelo numérico

desenvolvido para a interpretação do comportamento observado da barragem do Baixo Sabor

durante o primeiro enchimento da albufeira [18].

Meses de betonagem

Fig. 14 - Modelo numérico da barragem do Baixo Sabor utilizado para a interpretação do

comportamento durante a fase do primeiro enchimento da albufeira [18].

Na fase de exploração, o controlo de segurança baseia-se na observação do comportamento

das obras, com base nos resultados da exploração do sistema de observação e na realização de

inspeções e ensaios.

A frequência de leitura dos instrumentos é definida de acordo com a importância da obra e a

fase da sua vida. De uma forma geral, são realizadas periodicamente campanhas de

observação completas, incluindo todos os instrumentos, que são geralmente complementadas

com a realização de campanhas expeditas, mais frequentes, compreendendo um grupo mais

reduzido de instrumentos que permitem uma avaliação imediata das condições de segurança

das estruturas. Nas obras de maior dimensão, devem ainda ser implementados sistemas

automáticos para a recolha automática de dados (RAD) da observação. Os resultados

recolhidos na observação das obras são posteriormente processados, tendo em vista a

avaliação das condições de segurança dessas obras. De uma forma geral essa avaliação

baseia-se na comparação dos valores observados com previsões definidas a partir da

exploração de modelos de comportamento de diversos tipos que, nas barragens mais

importantes, podem incluir sofisticados modelos matemáticos. Estas atividades devem ser

desenvolvidas com a celeridade possível, de modo a que eventuais anomalias, em particular

as que podem originar incidentes ou acidentes graves, possam ser detetadas atempadamente.

Tendo em conta o número crescente de barragens em exploração e a atenção devida a todas

elas, em particular às mais antigas, desde cedo se verificou a necessidade de desenvolver

sistemas de informação de apoio à realização de todas estas atividades.

01-2013

02-2013

03-2013

12-2012

08-2012

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02-2012

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A utilização de sistemas de informação de apoio ao controlo de segurança de barragens

iniciou-se, no LNEC, no final da década de 70 do século passado. Estes sistemas têm vindo a

ser melhorados tendo em consideração a evolução tecnológica e o aumento considerável na

quantidade de dados gerados pelos sistemas de observação das barragens principalmente

provenientes da RAD. O LNEC tem a obrigação legal de manter uma base de dados com os

registos dos valores observados em todos os aparelhos instalados neste tipo de estruturas. Esta

base de dados tem de ser acessível às entidades interessadas, nomeadamente donos de obra,

Agência Portuguesa do Ambiente (APA) e demais organismos intervenientes. Devido a este

facto, foi constituída no LNEC uma equipa para o apoio e desenvolvimento desta plataforma,

denominada GestBarragens [19], que atualmente armazena cerca de 40 milhões de valores

anuais (Figura 15).

Fig. 15 - Vista da plataforma GestBarragens para gestão e exploração de dados e resultados da

observação de barragens

CONSIDERAÇÕES FINAIS

O projeto e a construção, nos últimos anos, de barragens de betão e de obras subterrâneas

integradas em aproveitamentos hidroelétricos, têm constituído um desafio importante para a

engenharia portuguesa, quer pelo número e dimensão das obras, quer pela necessidade de

recorrer a tecnologias adequadas para satisfazer os requisitos de segurança, ambientais e

económicos. O LNEC teve um envolvimento significativo nos estudos de apoio ao projeto nas

suas diversas vertentes, desde a caracterização geotécnica dos locais de implantação das obras

até à modelação dos comportamentos estruturais e hidráulicos, passando pela definição ou

revisão de planos de observação e de primeiro enchimento.

O apoio do LNEC, que tem prosseguido nas fases de construção, primeiro enchimento das

albufeiras e exploração das obras, tanto nas atividades que decorrem das suas obrigações

legais no âmbito do cumprimento do Regulamento de Segurança de Barragens [1] como em

outros aspetos relacionados com o comportamento das obras, tem motivado a investigação e a

inovação, através de diferentes tipos de desenvolvimentos teóricos e experimentais.


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A atividade do LNEC tem permitido, para além da garantia da qualidade das obras e o controlo continuado da sua segurança, a manutenção de capacidades laboratoriais e de modelação (física e matemática), assentes num corpo técnico especializado, constituído por investigadores e experimentadores. Estas capacidades têm estado ao serviço dos diferentes agentes envolvidos na engenharia de barragens, nomeadamente concessionários, empresas de projeto, construção e fiscalização, bem como das autoridades governamentais responsáveis pelo acompanhamento das obras, tanto em Portugal como no estrangeiro.

NOTA SOBRE A CONSTRUÇÃO E EXPLORAÇÃO DAS OBRAS

As barragens do Alto Ceira II, Baixo Sabor, Feiticeiro, Ribeiradio, Ermida e Foa Tua, assim como as centrais que lhes estão associadas, bem como os reforços de potência de Picote II, Bemposta II, Alqueva II, Salamonde II e Venda Nova III, já se encontram em operação, tendo mostrado comportamentos adequados durante os primeiros enchimentos e na fase de exploração.

As barragens do Alto Tâmega, Daivões e Gouvães, bem como as correspondentes obras subterrâneas, estão em fase de construção, prevendo-se a sua conclusão e entrada em serviço até 2023.

O início da construção das obras integradas no aproveitamento de Fridão aguarda decisão. A construção das obras dos aproveitamentos do Alvito e Girabolhos foi suspensa recentemente. O reforço de potência de Paradela II encontra-se ainda em fase de projeto, não tendo avançado para a fase de construção.

AGRADECIMENTOS

Os trabalhos de gabinete e de campo relativos às atividades descritas foram realizados por um grande número de engenheiros e técnicos dos concessionários e do LNEC, em estreita interação com os empreiteiros das obras. A todos eles se deve, acima de tudo, o sucesso da implementação dos planos de observação das barragens, em geral, e a obtenção de elevados níveis de desempenho na instalação dos dispositivos de monitorização, em particular. Agradece-se à EDP, à Iberdrola e à Endesa, empresas concessionárias dos empreendimentos hidroelétricos referidos, a confiança depositada no LNEC na realização dos estudos de apoio ao projeto e construção das obras.

REFERÊNCIAS

[1]-RSB. Regulamento de segurança de barragens. Decreto-Lei nº 344/2007, 2007.

[2]-Batista, A.L.; Lemos, J.V.; Lamas, L. e Castro, A.T.. Apoio do LNEC ao projeto e construção recente de grandes barragens de betão e obras subterrâneas. Construção Magazine, julho/agosto 2014, Lisboa, Portugal, 2014.

[3]-Pina, C.; Lemos, J.V.; Lamas, L.; Batista, A.L. e Viseu, T.. Contributo do LNEC nos estudos de apoio ao projeto recente de doze grandes barragens de betão. Encontro Nacional Betão Estrutural – BE2012, Porto, Portugal, 2012.

[4]-Figueiredo, B.; Lamas, L.; Muralha, J.. Interpretation of Rock Mass Deformability Measurements Using Large Flat Jack Tests. 12th ISRM Congress, Beijing, China, 2011.


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[5]-Lamas, L; Muralha, J.; Espada, M. e Figueiredo, B.. In situ stress field estimation for underground structures design. Rock Mechanics for Natural Resources and Infrastructure, SBMR 2014 – ISRM Specialised Conference, Goiania, Brasil, 2014.

[6]-Lamas, L; Espada, M. Muralha, J. e Lemos, J.V.. Determinação do campo de tensões in situ para o projeto das obras subterrâneas de Gouvães. 16º Congresso Nacional de Geotecnia, Ponta Delgada, Portugal, 2018.

[7]-Figueiredo, B.; Cornet, F.H.; Lamas, L. e Muralha J.. Effect of topography on distribution of in situ stresses due to gravity and tectonic loadings at Paradela site. In Rock Engineering and Technology for Sustainable Underground Construction, Proc. EUROCK, Stockholm. Befo and ISRM, 2012.

[8]-Oliveira, S. e Faria,R.. Numerical simulation of collapse scenarios in reduced scale tests of arch dams. International Journal of Engineering Structures, Vol.28, pp1430-1439, Elsevier, 2006.

[9]-Azevedo, N.M.; Lemos, J.V.; Matos, D.S.; Paixão, J.. Seismic analysis of concrete arch dams - two case studies. 10th World Congress on Computational Mechanics, São Paulo, Brasil, 2012.

[10]-Lemos, J.V.. Estudo de obras em maciços rochosos com base em modelos de meio descontínuo. XXIX Lição Manuel Rocha. Revista Geotecnia, 2012.

[11]-Batista, A.L. e Matos, D.S.. Aspetos relevantes do apoio do LNEC à EDP na instrumentação das barragens de betão construídas entre 2011 e 2016. 2º Encontro Nacional sobre Qualidade e Inovação na Construção, LNEC, Lisboa, Portugal, 2016.

[12]-Gomes, J.P.; Magalhães, F.; Monteiro, G.; Palma, J.; Pereira, S. e Matos, D.S.. Seismic monitoring system of Baixo Sabor scheme for structural dynamic behaviour monitoring and risk management. 26th ICOLD World Congress, Viena, Austria, 2018.

[13]-Gomes, J.P. e Lemos, J.V.. Characterization of the dynamic behavior of an arch dam by means of forced vibration tests. 1st Meeting of EWG Dams and Earthquakes. Balkema, Saint Malo, France, 2016.

[14]-Espada, M.; Lamas, L.. Monitored and calculated deformational behaviour of a large cavern during excavation. ISRM European Rock Mechanics Symposium Eurock 2014, Vigo, Espanha, 2014.

[15]-Custódio, J.; Camelo, A.; Ribeiro, A.B.; Silva, P.F. e Batista, A.L.. Evaluating specific measures to minimize concrete swelling reactions in recent Portuguese dam construction. 26th ICOLD World Congress, Viena, Austria, 2018.

[16]-Lima, J. N. e Casaca, J.. Monitoring dam displacements with GNSS: strategy, accuracy and benefits. Third International Dam World Conference – DW2018, Foz Iguaçu, Brasil. 2018.

[17]-Castro, A.T., Viseu, T., Marcelino, J.. Controlo de segurança de barragens. Industria e Ambiente, 79, Lisboa. 2013.

[18]-Gomes, J.P.; Batista, A.L.; Matos, D.S.. Analysis and interpretation of the baixo sabor dam’s behaviour during the first filling of the reservoir. 26th ICOLD World Congress, Viena, Austria, 2018.

[19]-Castro, A.T., Barateiro, J.. Sistemas de informação no controlo de segurança de barragens de betão Controlo de segurança de barragens. Construção e Magazine, 70, Lisboa. 2015.

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