universidade do estado de mato grosso campus de...
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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
06/06/2017 Barragens 5
INTRODUÇÃO
Leia aqui: http://arquivos.ana.gov.br/cadastros/barragens/Seguranca/RelatorioSegurancaBarragens_2015.pdf
Número de barragens vistoriadas pelas entidades federais e estaduais relativamente
ao total de barragens cadastradas.
06/06/2017 Barragens 6
INTRODUÇÃO
Leia aqui: http://arquivos.ana.gov.br/cadastros/barragens/Seguranca/RelatorioSegurancaBarragens_2015.pdf
Categoria de risco das barragens cadastradas segundo o uso principal, em 30 de
setembro de 2015
06/06/2017 Barragens 7
INTRODUÇÃO
Leia aqui: http://arquivos.ana.gov.br/cadastros/barragens/Seguranca/RelatorioSegurancaBarragens_2015.pdf
Dano potencial associado (DPA) das barragens cadastradas, segundo o uso
principal, em 30 de setembro de 2015.
06/06/2017 Barragens 8
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
TIPOS DE INSTRUMENTOS
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.
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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.
TIPOS DE INSTRUMENTOS
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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
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Medidor de recalquesTIPOS DE INSTRUMENTOS
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.
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Medidores magnéticos
Medidor de recalquesTIPOS DE INSTRUMENTOS
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.
PERIODICIDADE DAS 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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PERIODICIDADE DAS LEITURAS
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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SEÇÃO INSTRUMENTADA BARRAGEM DE XINGÓ
Planta de locação dos instrumentos
Souza e
t al, 2
007
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SEÇÃO INSTRUMENTADA BARRAGEM DE XINGÓ
Seções
Souza e
t al, 2
007
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SEÇÃO INSTRUMENTADA BARRAGEM DE XINGÓ
Seções
Souza e
t al, 2
007
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SEÇÃO INSTRUMENTADA BARRAGEM DE XINGÓ
Seções
Souza e
t al, 2
007
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ESTABILIDADE DE BARRAGEM DE TERRA
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
ESTABILIDADE DE BARRAGEM DE TERRA
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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.
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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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COM BASE NA PIEZOMETRIAANÁLISE DE DADOS
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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COM BASE NA PIEZOMETRIAANÁLISE DE DADOS
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COM BASE NA PIEZOMETRIAANÁLISE DE DADOS
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COM BASE NA PIEZOMETRIAANÁLISE DE DADOS
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COM BASE NA PIEZOMETRIAANÁLISE DE DADOS
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COM BASE NA PIEZOMETRIAANÁLISE DE DADOS
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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.
06/06/2017 Barragens 41
Obrigado pela atenção.
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