A. Veiga Pinto
QUESTÕES ACERCA DE BARRAGENS DE ENROCAMENTO
Maputo, 20 de Nov. 2014
O QUE SÃO OBRAS DE ENROCAMENTO?
QUAIS OS PRINCIPAIS TIPOS DE OBRAS DE ENROCAMENTO?
QUAL O ENQUADRAMENTO GEOLÓGICO/GEOTÉCNICO DE MOÇAMBIQUE COM VISTA À IDENTIFICAÇÃO DE MATERIAIS DE ATERRO?
QUAIS OS TIPOS DE BARRAGENS DE ENROCAMENTO?
QUAL É A TENDÊNCIA ATUAL A NÍVEL MUNDIAL SOBRE A CONSTRUÇÃO DOS TIPOS DE BARRAGENS?
QUAIS OS ASPETOS RELEVANTES NO PROJETO DE UMA BARRAGEM DE ENROCAMENTO?
QUAL O DESEMPENHO ESTRUTURAL EXPECTÁVEL DE UMA BARRAGEM DE ENROCAMENTO?
QUAL A IMPORTÂNCIA DOS ERROS HUMANO E ORGANIZACIONAL NOS ACIDENTES EM BARRAGENS?
QUAIS OS FACTORES A TER EM CONTA NA SELEÇÃO DE UM TIPO DE BARRAGEM?
QUAL O MAIOR CONTRIBUTO DA LEGISLAÇÃO SOBRE SEGURANÇA DE BARRAGENS?
QUAIS OS PRINCIPAIS TIPOS DE ACIDENTES OCORRIDOS EM BARRAGENS DE ATERRO E EM PARTICULAR NAS DE ENROCAMENTO?
QUAIS AS INCERTEZAS DETERMINANTES ASSOCIADAS ÀS OBRAS DE ATERRO?
QUAIS OS TIPOS DE MATERIAIS UTILIZADOS EM OBRAS DE ATERRO? PORQUE AS MSE SÃO DE DIFÍCIL UTILIZAÇÃSO EM OBRAS
DE ATERRO?
PORQUÊ BARRAGENS DE ENROCAMENTO?
3
O que são obras de enrocamento?
Aterro
Escavação
Movimentação de terras
Escavação
Aterro
AUTO-ESTRADA A1_ km 100Lanço Torres Novas/Fátima
Blocos rochosos extraídos a fogo
Enrocamento
5
Quais os tipos principais de obras deenrocamento?
Aplicação de obras de enrocamento em:
Barragens Obras rodoviárias Obras ferroviárias Obras aeroportuárias Obras portuárias
6
Barragens
B. de Odeleite
B. do Sabugal
B. de Beliche
B. de S. Domingos
B. de Bastelos
B. de Keddara
B. da Apartadura
1V:1H
IP3
H = ± 45m
Confiança no risco
Obras Rodoviárias
Albufeira daBarragemdo Varosa
Túnel
Barragem do Varosa
Aterro do Varosa
IP3
H = 76 m
Aterro do Varosa
AEROPORTO DO FUNCHAL
Aterro experimental
Obras Aeroportuárias
AEROPORTO DO FUNCHAL
Ensaios de campo e ensaios de laboratório
Área de intervenção
Obras Aeroportuárias
AEROPORTO DO FUNCHAL - 1995
Aterro de enrocamento após construção
12
Obras Marítimas
13
Solos
Enrocamentos
Misturas de Solo/Enrocamento (MSE)
Quais os tipos de materiais utilizados emobras de aterro?
Solos
• < ϕ• < E• < k
• > ϕ• > E• > k
Enrocamentos
• ± ϕ• ± E• ± k
MSE
k > 10-3 cm/s
15
• Módulo de deformabilidade - > 20 vezes
• Resistência ao corte - taludes de 1V:1H a 1V:4H
• Coeficiente de permeabilidade - > 1010
Variabilidade das propriedades dos materiais de aterro
16
Porque as MSE são de difícil utilização em obras de aterro?
17
Ensaio de Compactação
leve
Solos
18
Para cada percentagem de grossos há um resultado de ensaio Proctor (peso volúmicomáximo e teor em água ótimo)
Com o aumento da percentagem de grossos diminui o estado de compacidade da fração fina (solos)
Variabilidade das características físico-mecânicasdas MSE…vulnerabilidade na utilização em barragens
19
20
Elo mais fraco
05/07/2018 21
Equipamento deensaio Proctor em
laboratório para MSE
Funcionalidade nãoeficaz e não utilizável
EUA
Desempenho das MSE
Efeito da água em excesso
22
Elevadaprecipitação
Melhor seleção doEnrocamento na
zona de empréstimo
23
Efeito de almofada na compactação
24
Enrocamento sem finos
25
Qual o enquadramento geológico geotécnico de Moçambique com vista à utilização em
materiais de aterro?
Formações Sedimentares do Cenozóico- Arenitos carbonatados e não carbonatados - Províncias de Sofala, Inhamba e Gaza
Formações Sedimentares do Cretácico- Conglomerados com calcários e arenitos
Formações sedimentares do Karoo- Arenitos argilosos compactados- Em pequena extensão em Tete e Niassa
- Rochas vulcânicas do Jurássico- Basaltos fracturados e riólitos- Zonas montanhosas - Regiões mais interiores de Tete, Manica, Gaza e Maputo
Rochas Metamórficas do Pré-câmbrico- Gneisses, migmatitos e charnóquitos- Planaltos das zonas mais montanhosas- Cabo Delgado, Niassa, Tete, Nampula e Manica e nas regiões interiores de Zambézia e Sofala
Moamba
Gaza
Manica
Tete
Zambézia
Geologia de Moçambique
Barragem de MoambaDunas inferiores, terraços, formações aluvionares e formações sedimentares; Conglomerados de grés, xistos argilosos e calcários compactos; Rochas vulcânicas – riólitos, basaltos e tufos
vulcânicos; Barragem de terra zonada
TeteArenitos argilosos compactados com depósitos de carvão associados, tilitos, conglomerados e xistos (Formações Sedimentares de Karoo); Basaltos, riólitos e diques máficos; Gnaisses e rochas
plutónicas; mármores; Barragens de enrocamento ou zonadas
ZambéziaFormações sedimentares terrestres interestratificadas por rochas sub-vulcânicas ou intrusivas;
Mármores; Sienitos nefelínicos, Campos pegmatíticos; Barragens de enrocamento
Manica
Rochas metamórficas, e vulcanitos; Barragens de enrocamento
Gaza – Barragem de MapaiGrés conglomeráticos e ferruginosos, depósitos de escorrência argilo-arenosa fluvial e argilosa
de abrasão marinha e aluviões recentes; Barragem de terra zonada
Geologia de Moçambique em zonas de futuros empreendimentos
28
Quais os factores a ter em conta na seleção de um tipo de barragem?
FATORES CONDICIONANTES
o Topográficoso Atmosféricoso Geológico-Geotécnicoso Construtivoso Socioeconómicoso Ambientais
29
FATORES ATMOSFÉRICOS
FATORES ATMOSFÉRICOS
o Humidade relativa do aro Ventoo Chuvao Secas prolongadas
Destes factores sublinha-se a importância do hidrograma de projeto, isto é, do seu volume, distribuição temporal e valor máximo
30
Tipo de Fundações:
• Solo x rocha (permeáveis, compressíveis, colapsíveis, etc.);
• Espessura de Aluviões; Espessuras de Argilas Mole (solo mole);
• Condições dos Solos “in-situ” nos Encontros: avaliar erodibilidade e colapsivilidade, quando da saturação (resistência, deformabilidade e permeabilidade);
• Tipo de rocha / fraturamento / alteração;
• Presença de matacões (blocos de rocha);
Materiais de Construção: terrosos, arenosos e pétreos.
Um projeto para ser bem fundamentado necessita de uma fiável caracterização dos materiais disponíveis para a construção do corpo da barragem e da sua fundação.
FATORES GEOLÓGICO-GEOTÉCNICOS
31
Quais as incertezas determinantes associadas às obras de aterro?
32
IMPERMEABILIZAÇÃO
Incertezas
Vulnerabilidades
Evento indesejável
Consequências
Medidas corretivas Construção ou reforço do pé de jusante
Deficiente caracterização geotécnica dos materiais
Coeficiente de permeabilidade do solo superior ao especificado
Ineficácia na retenção do solo base
Erosão Interna
CONTROLO DA PERCOLAÇÃO
Incertezas
Vulnerabilidades
Evento indesejável
Consequências
Medidas corretivas Projectar e construir filtros a montante e jusante fiáveis
Segregação do material do filtro
Zonas que não obedecem aocritério do filtro
Percolação excessiva
Erosão Interna
33
34
ESTABILIDADE ESTRUTURAL
Incertezas
Vulnerabilidades
Evento indesejável
Consequências
Medidas corretivasMedidas estabilizadores do talude a jusante, como a suavização do paramento e construção de banquetas
Caracterização geotécnica sobrestimada dos materiais do maciço estabilizador
Resistência ao corte real do material do maciço estabilizador de jusante inferior à estimada
Deslizamento do corpo do aterro a jusante
Rotura da barragem
35
Enrocamento_com núcleo argiloso
Beliche_1986
Enrocamento_Cortina a montante asfáltica
Apartadura_1993
Quais os tipos de barragens de enrocamento?
Enrocamento_Cortinaa montante em aço
36
Enrocamento_CFRD
Odeleite_1997
Barragens de Enrocamento
Pego do Altar_1949
37
Enrocamento_Drenante
Bastelos_1993
Barragem de Enrocamento
Planta
Barragem de Enrocamento
Enrocamento_Geomembrana a montante
Pico da Urze_EC
1V: 1,2H
39
Qual é a tendência atual a nível mundial na construção de barragens?
17%
28%
31%20%
3% 1%
Barragens com mais de 100m (Até ao ano 2000)
Terra (TE)
Enrrocamento (ER)
Betão Arco (VA)
Betão Gravidade (PG)
7%
50%
18%24% 0% 1%
Barragens com mais de 100m (2000-2013)
Terra (TE)
Enrrocamento (ER)
Betão Arco (VA)
Betão Gravidade (PG)
Estatística de barragens
Barragens de enrocamento
Países com mais barragens de enrocamento (%)
Barragens de enrocamento versus outras barragens (%)
44
Quais os aspetos relevantes no projeto de uma barragem de enrocamento?
Tipo de barragem
Com núcleo argiloso
Com cortina a montante
Características adequadas deestanqueidade do solo do núcleo;
Verificar se a fundação é competente; Menor relevância na compactação
dos enrocamentos.
Maior relevância na compactação dos enrocamentos;
Verificar se o sistema deestanquidade é competente.
45
COLAPSO EM ENROCAMENTOS
Deformações volumétricaspraticamente instantâneas devidas ao
aumento do teor de água emblocos de enrocamento
DIMINUIÇÃO DA RESISTÊNCIA À FRACTURAÇÃO
Qual o desempenho estrutural expectável de uma barragem de enrocamento?
46
Ensaios de compressão triaxial
Efeito da águaColapso
BARRAGEM DE BELICHE
FASE DE CONSTRUÇÃOh=2/3H (tubos inclinométricos)
ENSAIO DE COLAPSO
Molhagemabundante
20% de água em pesorelativamente
ao enrocamento47
BARRAGEM DE BELICHE
48
±10 cm
±1 cm
1 74
39
Enrocamento são
Ensaios de colapso in-situ
Resultados
Enrocamento alterado
6
BARRAGEM DE BELICHE
49
BANQUETA(Tacos de nivelamento)
Assentamento (mm)Ensecadeira
BARRAGEM DE BELICHE
Ensecadeira
50
Fissuraçãolongitudinal
Deslocamentos horizontaismontante-jusante
em consonância com a aberturado coroamento
BARRAGEM DE BELICHE
51
1998
OBRAS DEREABILITAÇÃO
Δ H = 2,50 m
PROJECTO
BARRAGEM DE BELICHE
13 ANOS APÓS A SUACONSTRUÇÃO
52
BARRAGEM DE BELICHE
Fase final dasobras de
reabilitação
Plano de observaçãorevisto devido àsobras em curso
53
BARRAGEM DE BELICHE
54
BARRAGEM DE BELICHE
Apósas obras dereabilitação
55
Zonada com núcleo central argiloso
H = 59 m
Valb = 114.106 m3
Dono de Obra – Estado (Ministério da Agricultura)
Irrigação
Construção de 1998 a 2000
BARRAGEM DO SABUGAL
56
BARRAGEM DO SABUGAL
57
Paramento de montante
Tensões totais ao final da construção
BARRAGEM DO SABUGAL
PERFIL TIPO
58735,2
741,2
747,2
753,2
759,2
765,2
771,2
777,2
783,2
789,2
795,2
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70
ASSENTAMENTO (m)
CO
TA
DA
S T
RA
VE
SS
AS
(m
)
98.11.26
98.11.27
98.12.04
99.01.19
99.02.02
99.02.18
99.03.09
99.03.25
99.04.13
99.05.05
99.05.24
99.06.09
99.06.28
99.07.21
99.08.12
99.10.19
99.12.17
00.02.16
Deslocamentos verticais durante
a fase de construção do
inclinómetro IV6.794J
ε1=2,4%
BARRAGEM DO SABUGAL
59
BARRAGEM DO SABUGAL
Inspeção Visual
BARRAGEM DO SABUGAL
FICHA DE INSPECÇÃO VISUAL DE ESPECIALIDADE
60
61
LINHA DENIVELAMENTOGEOMÉTRICO DE PRECISÃO
Vértice de montante do coroamento
BARRAGEM DA APARTADURA
Assentamentos muito baixos ao fim de 11 anos
de operação
BARRAGENS DE ENROCAMENTO
Comportamento excelente aos sismos
Magnitude (Richter) - 8,3
Aceleração - 1,3 g
Assentamento - 0,8 m
127 barragens (EUA, Japão, Rússia)(Seed et al., 1978)
62
63
2 - EROSÃO INTERNA NO CORPO DA BARRAGEM
4 - EROSÃO INTERNA NA FUNDAÇÃO
8 – INSTABILIDADE DEVIDO A ACCÕES SÍSMICAS
5 – EROSÃO SUPERFICIAL
6 – DEGRADAÇÃO DAS PROPRIEDADES DOS MATERIAIS
7 – SUPERFÍCIES DE DESLIZAMENTO
3 - DEFORMAÇÃO EXCESSIVA
Quais os principais tipos de acidentes ocorridos em barragens de aterro e em
particular nas de enrocamento?
1 - GALGAMENTO PELO COROAMENTO
2 - EROSÃO INTERNA NO CORPO DA BARRAGEM
4 - EROSÃO INTERNA NA FUNDAÇÃO
5 – EROSÃO SUPERFICIAL
6 – DEGRADAÇÃO DAS PROPRIEDADES DOS MATERIAIS
7 – SUPERFÍCIES DE DESLIZAMENTO
3 - DEFORMAÇÃO EXCESSIVA
CONSEQUÊNCIAS
BARRAGEM PAÍS ANO VÍTIMAS
Puentes Espanha 1802 607
Inuka Japão 1868 1 200
South Fork EUA 1889 2 209
Orós Brasil 1960 1 000
Vajont Itália 1963 2 600
Vratsa Bulgária 1966 600
Machu Índia 1979 2 000
Gouhou China 1993 1 257
64
Malpasset França 1959 421
(TE)
(Alvenaria)
(VA)
(VA)
(TE)
(TE)
(TE)
(Rejeitados)
(TE)
Banqiao China 1975 171 000(TE)
BARRAGEM DE VAJONT (ITÁLIA)
Alpes Italianos; exploração de energia hidroeléctrica
Barragem arco de forma esbelta H = 260 m Conclusão em 1960 Primeiro enchimento em 1963 Recorde a nível mundial
ANTES
DEPOIS
CIDADE DE LONGORONE
2 600 Vítimas
BARRAGEM DE VAJONT (ITÁLIA)
12:00h
8 000 pessoas evacuadas do leito de cheia
5 Junho de 1976
Bureau of Reclamation_USA
Compactação do lado secoversus lado húmido
BARRAGEM DE TETON (EUA)
14 Vítimas
11:00h
BARRAGEM DE CAMPOS NOVOS (BRASIL)
QUAL A CAUSA DO ACIDENTE?
H = 202 mAbertura de fendas súbita esurpreendente
69
2 km
22 000 pessoaspoderão vir a ser afetadas pela onda de cheia
Concluída em 2000
PLANO DE EMERGÊNCIA INTERNO
Barragem do Sabugal
70
Em Março de 2006
Barragem do Sabugal
71
A informação da população nas zonas em risco deve ser o mais simples possível.
o Aviso para as pessoas deslocarem-se para os andares superiores;
Aviso por:o Telemóveiso Rádioo Sireneso Megafones em carros
AÇÕES DE AVISO DA POPULAÇÃO
72
MEIOS DE ALERTA E DE AVISO
Avisos sonoros na barragem de Alqueva
73
1. Cumprimento eficaz da Regulamentação e Normalização pelos vários intervenientes, nomeadamente pelo dono de obra
o A existência de Regulamentos, Normas e Recomendações (legislação) sobre barragens não são suficientes para um controlo de segurança eficaz
o Há, por vezes, deficiências na sua aplicação
EFICIÊNCIA E EFICÁCIA NO CONTROLODE SEGURANÇA DE BARRAGENS
Qual o maior contributo da legislação sobre segurança de barragens?
74
3. Efectuar um Controlo de Execução do Plano de Observação eficaz, nomeadamente com a instalação dos dispositivos de observação fiável e interpretação e análise do comportamento da estrutura logo após a aquisição dos dados
4. Apresentação, pelo dono de obra, no final da mesma do relatório de síntese da fase de construção
EFICIÊNCIA E EFICÁCIA NO CONTROLODE SEGURANÇA DE BARRAGENS
2. Elaboração de um adequado Plano de Observação, antes do início da construção, baseado nos pressupostos do Projeto
75
5. Elaboração de um Plano de Primeiro Enchimento fiável que incorpore a informação obtida na fase de construção
6. Controlo de Execução do Plano de Primeiro Enchimento eficaz, nomeadamente, efectuando a análise do comportamento da estrutura nos patamares de enchimento
Da análise estatística de acidentes em barragens, verifica-se
que, em termos relativos, a fase de primeiro enchimento tem
sido a mais crítica
EFICIÊNCIA E EFICÁCIA NO CONTROLODE SEGURANÇA DE BARRAGENS
76
7. Realizações periódicas de inspecções visuais de especialidade ou de rotina de modo fiável (mitigação do risco por prevenção)
Nas visitas de inspecção deve incluir-se a verificação do
funcionamento dos órgãos hidráulico-operacionais
As inspecções visuais têm por objectivo (NOIB, 1993):
A detecção de sinais ou evidências de deteriorações ou sintomas de envelhecimento
A detecção de anomalias do sistema de observação instalado
EFICIÊNCIA E EFICÁCIA NO CONTROLODE SEGURANÇA DE BARRAGENS
8. Elaboração e cumprimento de Planos de Emergência Internos
ERRO HUMANO OU ORGANIZACIONAL NAS FASES DE ESTUDO (ICOLD, 1972)
Fase Número de casos
VA CB PG TE ER Outros Total
Reconhecimento
Material (caracterização)
Planeamento
Projecto
Construção
Exploração
Inspecção e observação
9
1
4
1
1
5
1
6
1
1
6
2
4
13
2
49
8
17
48
32
5
2
3
3
5
1
3
1
2
72
11
25
76
41
6
5
Total 16 14 27 162 14 3 236
77
Qual a importância dos erros humano e organizacional nos acidentes em
barragens?
78
Em resumo, o factor complacência tem resultado de:
Não reconhecer eficazmente o papel de deficiências nas fundações
Utilizar métodos comuns ou empíricos no projecto, sem os adaptar aos materiais ou outras condições locais
Fazer interpretações subjectivas ou erradas, em relação a resultados de análises de modelos matemáticos ou físicos
A passagem de donos de obra de entidades estatais para privadas tem sido bastante negativo, nomeadamente por se adoptarem atitudes economicistas
A garantia da segurança por parte do dono de obra deve ser sempre verificada pela autoridade
É necessário ter sempre planos de emergência e sistemas de aviso e alerta
LIÇÕES ADQUIRIDAS EM RUPTURAS
SARKARIA, 1999) – The Complacency Factor in Dam Safety Assessments, ´99
International Conference on Dam Safety and Monitoring, China book
press, TGP Site, 210-216
79
NOVAS FERRAMENTAS PARA COMBATER O FATOR COMPLACÊNCIA
A gestão dos riscos é uma promissora ferramenta no controlo da segurança em barragens
Das vantagens da gestão dos riscos destaca-se uma melhor sistematização e definição das incertezas e das consequências que podem provocar
Gestão de Riscos em Barragens
ENGENHARIA DE BARRAGENS/MEDICINA
Agente barragem doente(ser humano)
Diagnóstico tipo deanomalia
tipo de doença
Detecção habilidade doengenheiro
habilidade do
médico
Fiabilidade visitas à obra consultas
Diagnóstico novos ensaiose cálculos
exames (análisesclínicas, etc.)
Medidascorrectivas
obras dereabilitação
receituário,cirurgia
Engenheiro Médico
ENGENHARIA DE BARRAGENS/MEDICINA
o Económicascomparativamente às soluções em betão, sobretudo nas barragens mais altas
o Reduzido período de construção
o ExtremamenteSeguras, sobretudo quando o solo não é o sistema impermeabilizante
Porquê barragens de enrocamento?
A FINALIZAR