Projeto, Instrumentação e Avaliação de Barragens – Modelagem Numérica no Software GEO5 Generalidades – Corpo Técnico e Científico. Legislação Brasileira de Segurança de Barragens. Instrumentação e Inspeção Visual . Gerenciamento de Risco. Novas Tecnologias. “Toda barragem deve ser instrumentada, de acordo com seu porte e riscos associados e ter os dados analisados periodicamente com a realização das leituras. Todos os instrumentos devem ser dotados de valores de controle ou limites.” (Manual de Segurança e Inspeção de Barragens, MME, 2002). Segurança de Barragens é a área da engenharia que cuidará da “saúde” da barragem. A Instrumentação de Barragens e as Inspeções Visuais são as ferramentas que permitem diagnosticar o desempenho das estruturas. “Quando a posse de uma barragem for transferida, as partes devem coletar e reunir toda a documentação técnica existente, especialmente aquela contendo os dados e eventuais preocupações concernentes à sua segurança e a responsabilidade pela continuidade ou criação da supervisão das condições de segurança da barragem deve ser claramente definida”. (ANA, 2013).

1. CURSO DE EXTENSÃO
Projeto, Instrumentação e Avaliação de Barragens
– Modelagem Numérica no Software GEO5
Caraúbas, 2019

2. Instrumentação e Segurança
de Barragens
Caraúbas, 2019

3. APRESENTAÇÃO
 Generalidades – Corpo Técnico e Científico.
 Legislação Brasileira de Segurança de
Barragens.
 Instrumentação e Inspeção Visual .
 Gerenciamento de Risco.
 Novas Tecnologias.

4. Por que Monitorar as
Barragens?

5. Por que Monitorar as
Barragens?
“Toda barragem deve ser
instrumentada, de acordo com seu
porte e riscos associados e ter os
dados analisados periodicamente
com a realização das leituras. Todos
os instrumentos devem ser dotados
de valores de controle ou limites.”
(Manual de Segurança e Inspeção
de Barragens, MME, 2002).
Qual o tempo de vida esperado para
uma barragem ?
Uma barragem terá vida útil enquanto
tiver saúde e cumprir sua função social.
Segurança de Barragens é a área
da engenharia que cuidará da “saúde”
da barragem. A Instrumentação de
Barragens e as Inspeções Visuais são
as ferramentas que permitem
diagnosticar o desempenho das
estruturas.
No Brasil ainda existem diversas
barragens que não foram devidamente
desativadas e que estão abandonadas.
As mais perigosas e conhecidas são as
barragens 1 e 2 da Mina do Engenho, em
Rio Acima (MG).

7. Como Desativar as Barragens da
Mineração?
O Processo de Descomissionamento.

8. Como Desativar as Barragens da
Mineração?
O Processo de Descomissionamento.

9. Como Desativar as Barragens da
Mineração?
Transferência de Documentação
“Quando a posse de uma barragem for transferida, as partes devem coletar e reunir
toda a documentação técnica existente, especialmente aquela contendo os dados e
eventuais preocupações concernentes à sua segurança e a responsabilidade pela
continuidade ou criação da supervisão das condições de segurança da barragem
deve ser claramente definida”. (ANA, 2013).
Em 2013, a região onde se concentra o
maior número de açudes “ desconhecidos
do poder público” é no nordeste.

10. Como Desativar as Barragens da
Mineração?
Outras Alternativas

11. Instrumentação x Inspeção
A Manutenção Preditiva, busca “predizer” os problemas que determinada
estrutura pode apresentar ou está apresentando.
Manutenção Preditiva Subjetiva
Dependem da análise pessoal
e qualitativa do profissional que
a realiza.
Inspeções Visuais
Manutenção Preditiva Objetiva
Dependem do uso de
metodologias e instrumentos.
Instrumentação

12. Instrumentação x Inspeção
Instrumentação Inspeções
Erosão Interna
Reação
Alcali-Agregado
Galgamento
Aumento de
Subpressões
Fissuração
(causas)
Deslocamento
Anormal
Erosão Superficial
Fissuração
(detecção)
Altas
Infiltrações
Desagregação de
Blocos de rochas

13. Objetivos da Instrumentação de
Barragens
No Brasil existe cerca de 300.000
barragens, a maioria delas de
pequenas alturas, sem qualquer
tipo de documentação sobre sua
construção. Um grande número
delas rompe anualmente, em
particular no período de chuvas.
O Monitoramento é a ferramenta
de diagnóstico de saúde da
barragem.
Embora a Lei 12.334 de 2010 venha
resolver a questão, abrange apenas
barragens com mais de 15 metros de
altura, ou cerca de 3.500 barragens.
Intervenções preventivas e corretivas
Minimiza os riscos de acidentes
Preserva a segurança da estrutura, do
meio ambiente e da sociedade na área
de risco.

14. Instrumentação para
Monitoramento de Barragens

15. Objetivos da Instrumentação de
Barragens
Segundo a Lei 12.334, artigo 4º, inciso I, temos que: “a segurança de uma barragem
deve ser considerada nas suas fases de planejamento, projeto, construção, primeiro
enchimento, primeiro vertimento, operação, desativação e de usos futuros”.
Fase de Planejamento e Projeto
Parâmetros Geotécnicos, Hidrológicos e etc
As principais grandezas que deverão ser
monitoradas
Definir o tipo e arranjo da barragem

16. Objetivos da Instrumentação de
Barragens
Segundo a Lei 12.334, artigo 4º, inciso I, temos que: “a segurança de uma barragem
deve ser considerada nas suas fases de planejamento, projeto, construção, primeiro
enchimento, primeiro vertimento, operação, desativação e de usos futuros”.
Fase de Construção
Verificação das hipóteses de projeto
Fornecer informações mais representativas
sobre os materiais e a fundação
Avaliar eventos não previstos
Prever Zonas de Risco

17. Objetivos da Instrumentação de
Barragens
Sempre que possível o enchimento deve ocorrer de forma lenta e gradual, para
adaptação da estrutura com novas condições criadas.
Fase de Primeiro Enchimento
Período mais crítico da sua vida útil
Diagnóstico preciso da obra, comparando os
dados com os limites de projeto.
Alertar sobre a ocorrência de anomalias

18. Objetivos da Instrumentação de
Barragens
A fase de operação engloba toda a vida útil da barragem. Durante esta fase, a
barragem vai “trabalhar”, isto é, deformar, recalcar, deslocar, aquecer, esfriar.
Passará por situações de cheias e secas e, algumas até, por sismos.
Fase de Operação
Acompanhar o atendimento aos critérios de
projeto.
Prever Zonas de Risco
Monitorar o desempenho geral da barragem
Caracterizar o comportamento das estruturas

19. Barragens de Terra e
Enrocamento – O que
Monitorar?

20. Barragens de Terra e
Enrocamento – O que Monitorar
As duas principais causas de
ruptura de barragens de terra são:
 Erosão interna ou entubamento
(em inglês, piping) e
 Galgamento (em inglês,
overtopping).
Inspeções Visuais tem maior
relevância em barragens de terra
quando:
Verificam tocas de animais no maciço,
vegetação com raízes danosas,
surgência de água e subsidências
O piping ocorre com mais frequência
no primeiro enchimento e nos cinco
primeiros anos de operação. É mais
comum de ocorrer no barramento,
mas ocorre também na fundação.
Já a instrumentação tem maior
relevância em barragens de terra quando
:
Verificam as vazões, deslocamentos,
tensões, subpressões e pressões neutras

21. Instrumentação de Vazões
Há uma correlação direta entre a
análise das vazões de drenagem e
o desempenho da barragem.
Leituras de vazões antes do primeiro
enchimento são particularmente
importantes para caracterizar vazões
iniciais.
Medidor de Vazão Triangular
Possibilitam maior precisão de
leitura, até 30 litros por segundo. É
uma chapa geralmente metálica, com
abertura triangular ou em “V”, com
lados iguais ou ortogonais.
A vazão é medida aplicando a regra
de Thompson: Q= 1,4 X 𝐻5/2
Fonte: Matos (2003)

22. Automação dos medidores de
vazão
Com a automação dos medidores de vazão é possível realizar leituras mais
frequentes das vazões, a cada 6 horas, por exemplo, permitindo a detecção de
qualquer aumento súbito de vazão.
Fonte: Silveira (2006)

23. Instrumentação de
Deslocamentos
Sejam deslocamentos verticais ou horizontais, recalques do maciço e/ou da
fundação, trincas de tração por recalque diferencial ou trincas de cisalhamento
induzidas por deslocamentos horizontais diferenciais, devemos monitorar estes
movimentos com medidores de deslocamentos.
Medidor de Recalque Tipo
Telescópico
São instalados em várias profundidas
do maciço, desde a fundação.
Constituem de placas acopladas a
tubos telescópicos instalados
verticalmente, com variação no
diâmetro dos tubos.
Fonte: Silveira (2006)

24. Instrumentação de
Deslocamentos
O medidor de recalque tipo telescópico foi substituído pelos medidores de recalque
tipo KM e tipo magnéticos, que podem ser instalados com até 12 placas, ou mais,
com um bom desempenho e baixo custo.
Medidor de Recalque tipo KM
À medida que a tubulação externa foi
dotada de luvas telescópicas, para
absorver as deformações verticiais
do aterro, e a referência para os
recalques medidos passou a ser uma
tubulação interna, fixada na rocha de
fundação em profundidade, esse
instrumento tornou-se um dos
melhores para medição de recalque
em barragens de terra e
enrocamento.
Fonte: Silveira (2006)

25. Instrumentação de
Deslocamentos
Os anéis são confeccionados em aço imantado, de modo que gere campos
magnéticos, cuja localização é determinada por meio de sonda. Destacam-se,
dentre as vantagens deste medidor de deslocamento, sua simplicidade,
confiabilidade e baixo custo.
Medidor de Recalque do Tipo Magnético
É constituído por uma série de anéis
magnéticos instalados na vertical, no
interior do aterro compactado, e uma
tubulação de PVC rígido que passa
através dos vários anéis. A sonda ao
se deslocar pelos anéis, permite a
determinação dos recalques da
barragem. Podem ser instalados com
um número ilimitado de anéis de
recalque, sendo recomendável a
instalação da extremidade inferior da
tubulação em rocha.
Fonte:
Silveira
(2006)

26. Instrumentação de
Deslocamentos
O medidor de recalque modelo 4651 da Geokon permite a perfilagem contínua dos
recalques ao longo de uma tubulação horizontal, empregando-se um torpedo
conectado a um reservatório por meio de tubulações preenchidas por um fluido. O
torpedo de leitura é empurrado ao longo de uma tubulação enterrada em um aterro,
permitindo a medição contínua dos recalques ao longo da tubulação.
Medidor de Recalque de Corda Vibrante
Fonte: Silveira (2006)

27. Instrumentação de Tensões
Medir as tensões em barragens de terra e enrocamento é importante para conhecer
a distribuição dos esforços, zonas de tração, de fissuração e de plastificação do
maciço. Esta variável é particularmente importante nas interfaces entre aterro e
fundação, ombreiras e entre materiais diferentes. Para esta grandeza, é comum a
utilização de:
Células de Tensões Totais
Consistem de almofadas de aço inox,
geralmente circulares, dotados de
extensômetro elétrico, de corda
vibrante ou pneumático.
Fonte: Silveira (2006)

28. Piezometria
O nível freático é definido com a superfície superior de um corpo d’água
subterrâneo, na qual a pressão corresponde à atmosférica.
Nível Freático x Poropressão
Fonte: Silveira (2006)

29. Piezometria
As poropressões medidas no aterro da barragem, são designadas de poropressões.
Já as medidas na fundação recebem o nome de subpressões, por atuarem
invariavelmente de baixo para cima (devido a percolação da água). As subpressões
são de relevante importância na análise das condições de estabilidade da barragem.
Subpressões
Fonte: Silveira (2006)
As subpressões devem ser
observadas nos principais horizontes
da fundação:
Contato solo-rocha
Níveis e camadas mais permeáveis
da fundação.
Proximidades da base da barragem
Vale enfatizar que mesmo barragens
de terra posicionadas sobre maciços
rochosos devem receber alguns
piezômetros na fundação, sempre
que juntas mais permeáveis
existirem nas proximidades da
superfície do terreno. Pois, muitas
vezes essas juntas recebem água da
montante e submetem os
piezômetros no pé da jusante a altas
vazões.

30. Piezometria
Uma vez que a resistência e a deformação dos solos são controladas pela tensão
efetiva, a medição da poropressão é particularmente útil para determinar a posição
da superfície freática e de toda a rede de percolação através da barragem e de sua
fundação, nas seguintes situações:
A medição das poropressões, imediatamente a montante e a jusante do núcleo ou
de uma trincheira de vedação, fornece uma indicação do desempenho desses
dispositivos de vedação. Por exemplo, infiltrações preferenciais através de um
núcleo de barragem podem ser detectadas pelos piezômetros.
A medição das poropressões, imediatamente a montante e a jusante do núcleo ou
de uma trincheira de vedação, fornece uma indicação do desempenho desses
dispositivos de vedação. Por exemplo, infiltrações preferenciais através de um
núcleo de barragem podem ser detectadas pelos piezômetros.
Onde uma camada de argila se encontra sobreposta a uma fundação permeável, é
possível que altas pressões neutras ocorram na camada permeável, de modo que a
instalação de um piezômetro nessa camada, nas proximidades do pé da jusante,
sendo necessário a execução de poços de alívio.

31. Piezometria
São instrumentos dos mais confiáveis e robustos, para observação das subpressões
ou poropressões, em barragens de terra, em função de sua simplicidade, baixo
custo e ótimo desempenho a longo prazo, apresentando, geralmente, vida útil
compatível com a da barragem.
Piezômetros Standpipe ( tubo aberto)
Fonte: Silveira (2006)
É constituído de um bulbo, no local
onde se pretende medir a carga de
pressão, e um tubo que liga o
bulbo até o local onde será feita a
leitura. Ao redor do bulbo se
coloca uma camada de areia sobre
ela um selo de bentonita ou solo-
cimento, para isolar o bulbo. O
resto do furo de sondagem é
preenchido com o solo natural. A
leitura do instrumento é feita com
uso de um pio elétrico.
Fonte:
Silveira
(2006)

32. Piezometria
Uma trena com uma ponteira elétrica que emite som assim que entrar em contato
com a água, dando a medida entre a boca do tubo e o nível de água.
Pio Elétrico
Por subtração encontra-se a altura de
coluna de água sobre o bulbo. Soma-se
a esta altura, a cota de instalação,
obtendo-se a cota piezométrica, em
metros sobre o nível do mar. A cota
piezométrica é a carga hidráulica total no
ponto, em relação ao nível do mar.
Fonte: Silveira (2006)

33. Piezometria
Utilizados para automação de piezômetros de tubo aberto. Pois sua leitura pode
ser realizada a distância. A pressão intersticial da água é transmitida através da
pedra porosa para um diafragma interno, cuja deflexão é medida por um transdutor
de corda vibrante instalado perpendicularmente ao plano do diafragma.
Piezômetros de corda vibrante
Fonte: Silveira (2006)

34. Piezômetros de Fibra Óptica
Um dos desenvolvimentos mais recentes no campo da engenharia civil,
especialmente na instrumentação geotécnica e estrutural, é representado pelos
sensores de fibra óptica. Os sensores de fibra óptica são estruturados de modo
que permitam que um feixe de luz branca seja mantido dentro de um cabo,
viajando muito rápido e ao longo de grandes distâncias com perda mínima de sinal.
Piezômetros de Fibra Óptica
Fonte: Silveira (2006)
Todos os cabos de fibra óptica são
confeccionados com material dielétrico,
que conferem proteção contra campos
ele-tromagnéticos, onda de
radiofrequência e imunidade a descargas
atmosféricas. Outra vantagem é a
pequena atenuação do sinal. O sinal de
luz propaga-se por reflexões internas na
fibra, entre o núcleo e a blindagem.

35. Piezômetros de Fibra Óptica
Quando se compara os piezômetros de corda vibrante e os de fibra óptica percebe-
se que os resultados são similares.
Piezômetros de Fibra Óptica
Fonte: Silveira (2006)
Uma das principais vantagens da fibra-
óptica está no fato de não serem
afetados por campos magnéticos nas
vizinhanças, assim como por descargas
atmosféricas, o que faz prever um
enorme potencial para esse tipo de
sensor, a partir do momento em for
comprovada sua durabilidade a longo
praz sobe condições reais de obras
geotécnica.

36. Piezômetros sem Cabos
Esses instrumentos “sem cabo” têm grande potencial para o futuro da
instrumentação das barragens de terra e de enrocamento, destacando-se como
principais vantagens:
Piezômetros sem Cabos
Fonte: Autora (2018)

37. ERROS DE MEDIÇÃO
Tipo de Erro Causas Medidas Corretivas
Erro Grosseiro
Inexperiência
Falha na leitura
Erro computacional
Mais atenção
Treinamento
Leitura Prévias
Erro Sistemático
Calibração Imprópria
Falta de Calibração
Calibração Correta
Recalibração
Erro de Conformidade Instalação Incorreta
Melhorar o projeto de
instrumentação
Erro Ambiental
Clima, Temperatura,
Vibração, Corrosão
Fazer escolha apropriada
dos instrumentos
Erro randômico Ruído Eliminação de Ruídos
Fonte: Silveira (2006)

38. GERENCIAMENTO
DE RISCO

39. O B R I G A D A!