Ii congreso paraguayo de ingenieria geotecnica



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Comitê Brasileiro de Barragens

XXVI Seminário Nacional de Grandes Barragens

Goiânia – GO, 11 a 15 de Abril de 2005

T.95 A12



UM ÍNDICE PARA AVALIAÇÃO DO NÍVEL DE AUSCULTAÇÃO DE BARRAGENS

Corrado PIASENTIN

Piasex Assessoria e Consultoria

RESUMO

Os aspectos das atividades de auscultação de barragens considerados mais importantes segundo o autor são a organização e disponibilidade dos dados básicos da barragem, as inspeções visuais, a equipe técnica responsável, a instrumentação de monitoramento e a análise e interpretação dos resultados.

A partir destes aspectos e de suas atividades componentes, com base em um critério de pontuação de cada atividade e peso de cada grupo, é calculado um índice do nível de auscultação INA. Este índice pretende fornecer uma avaliação das atividades de controle do comportamento da barragem possibilitando verificar se estão dentro de parâmetros considerados aceitáveis durante a fase de operação da barragem.

ABSTRACT
The most important aspects of the surveillance of dams, according to the author, are the organization and availability of basic data on the dam, the visual inspections, the technical team in charge, the monitoring instrumentation and the review and interpretation of the results.

The Index of Surveillance Level, ISL, is calculated from the above groups and their component activities are given a numerical rating and each group is given a weight. This index gives an evaluation of the activities related to the surveillance plan of the dam in order to check whether it stays within acceptable values during the operational phase of the dam.



  1. INTRODUÇÃO

A auscultação é uma atividade fundamental para avaliar o desempenho das barragens e assegurar sua segurança.


Nos dias de hoje todas as barragens de alguma importância devem ser objeto de inspeções visuais periódicas [1], devem ser monitoradas por instrumentos instalados nas estruturas e suas fundações e deve ser implantado um plano de auscultação para acompanhar seu desempenho ao longo de sua vida útil.
No que se refere ao grau de instrumentação da barragem é praticamente impossível fornecer uma regra que se aplique aos diferentes tipos de barragem, á gama de fundações e as condições geológicas e geotécnicas encontradas no Brasil e no mundo. Por outro lado há instrumentos equivalentes ou intercambiaveis, por exemplo pêndulos e inclinômetros, rosetas de extensômetros e pêndulos invertidos, etc. portanto não é viável tentar classificar o grau de instrumentação de uma barragem. Considera-se que o projetista, conhecedor das condições especificas e dos problemas do local e dos critérios de projeto, estabeleceu uma quantidade suficiente de instrumentos nos locais adequados.
Entretanto nos casos de barragens antigas onde os critérios aplicados foram superados por normas novas, ao longo dos anos a instrumentação instalada parou de funcionar, não fornece mais leituras confiáveis ou está mesmo obsoleta, deve-se recorrer a um engenheiro projetista que, após analise do projeto, do histórico dos resultados da instrumentação e desempenho da barragem, faça um novo projeto de instrumentação.
Por outro lado a aprovação de novas leis sobre a segurança das barragens exigem a reavaliação do projeto de monitoramento e do plano de segurança das barragens existentes.
Os custos das atividades de auscultação no que se refere a operação e analise dos resultados são bastante significativos considerando que chegam a atingir 50% do custo total de todo o plano de auscultação i.e. aquisição e instalação da instrumentação, operação e analise dos dados [2]. Portanto uma vez superada sem problemas a fase crítica do primeiro enchimento e dos primeiros anos de operação é natural que estas atividades sejam reduzidas para diminuir estes custos, uma vez que a barragem tenha atingido uma certa estabilização.
Entretanto com o passar dos anos as barragens sofrem um processo de envelhecimento e deterioração natural agravado as vezes por violações das normas de operação, pela manutenção deficiente ou nula ou por eventos excepcionais como terremotos, tornados e grandes enchentes, podendo entrar no campo considerado de risco. Portanto o nível de auscultação nunca deve ficar abaixo de um certo patamar definido em função do potencial de danos e dos riscos associados. O problema das pequenas barragens com risco pequeno ou médio e orçamento apertado é especialmente crucial, é difícil julgar qual é o limite entre as providencias e atividades mínimas necessárias para assegurar um nível de segurança adequado e os custos correspondentes. Neste trabalho tenta-se fornecer umas diretrizes para chegar a esta avaliação.


  1. UM ÍNDICE PARA AVALIAÇÃO DO NÍVEL DE AUSCULTAÇÃO

Para construir um índice que permita avaliar o nível de auscultação de uma grande barragem foram identificados cinco grupos ou aspectos principais de atividades de auscultação:




  1. Organização e disponibilidade dos dados básicos da barragem

  2. Inspeções visuais

  3. Equipes de auscultação

  4. Instrumentação

  5. Análise e interpretação

A partir destes grupos e de suas atividades componentes, com base em um critério de pontuação de cada atividade e peso de cada grupo, é calculado um índice do nível de auscultação. Este índice pretende fornecer uma avaliação das atividades de controle do comportamento da barragem possibilitando verificar se estão dentro de parâmetros considerados aceitáveis.




    1. Aspectos e atividades de auscultação

Os aspectos dos grupos e das atividades de auscultação consideradas mais relevantes são descritos neste capitulo.

Foi excluída em principio a fase do primeiro enchimento e operação inicial por ser uma etapa mais complexa da vida da barragem que exige um acompanhamento mais amiúde e especifico para cada caso, em função do tipo de barragem e materiais utilizados, a velocidade de enchimento do reservatório, o tipo de fundação, etc.

Cada aspecto é composto de diversas atividades, a cada atividade é dada uma pontuação também em função da importância e na seqüência calculado um índice do nível de auscultação.

A seguir cada um destes grupos é analisado separadamente, efetuando-se considerações acerca das atividades componentes, e são apresentadas tabelas com as notas que devem ser atribuídas a cada atividade ou item.

2.1.1. Organização e disponibilidade dos dados básicos da barragem
Dispor das informações básicas da barragem é importante para poder avaliar seu comportamento.

Os documentos usuais considerados necessários são:



  • relatório final de projeto

  • relatório e desenhos como construído

  • fichas dos instrumentos de monitoramento instalados

Entretanto em muitos casos de barragens antigas e até em alguns casos de mais recentes estes documentos na maioria dos casos não foram elaborados ou não são mais disponíveis.


- Relatório final de projeto

Este documento é fundamental para analise dos resultados pois contem os critérios e hipóteses que nortearam o projeto. Nele são descritos os modelos adotados para as estruturas e suas fundações, os tratamento das fundações, os resultados das investigações geológicas e geotécnicas, as propriedades dos materiais.


- Relatório e desenhos como construído

Este relatório e desenhos são importantes pois retratam como está construída a barragem registrando os desvios e modificações do projeto original.


- Fichas da instrumentação

Para cada instrumento instalado devem estar registrados os dados de instalação, cotas e dimensões, eventuais ensaios ou calibrações iniciais, etc.


- Gestão computadorizada dos dados

Os dados contidos nos documentos acima devem estar disponíveis rapidamente para análise portanto recomenda-se organiza-los num computador para acesso rápido.



Os dados devem ser organizados e programados para permitir vários tipos de pesquisa.


Atividade

Nota

1. Relatório final de projeto

30

2. Relatório e desenhos como construído

30

3. Fichas da instrumentação

30

4. Gestão computadorizada dos dados

10

TABELA 1: Organização e disponibilidade dos dados básicos da barragem - Notas

2.1.2. Inspeções visuais
Estas observações, efetuadas por técnicos experientes, são de suma importância para detectar eventuais anomalias, para complementar as indicações provenientes da instrumentação e avaliar de forma completa o comportamento da barragem. A existência de uma planilha com a lista de itens a serem checados e a documentação fotográfica dos aspectos mais salientes de cada inspeção tornam mais eficientes e objetivas as inspeções.
Entretanto as observações não devem limitar-se á lista de verificações, mas indicar quaisquer anormalidades não somente da barragem como também dos arredores.
Uma inspeção rotineira informal deve ser realizada pelos técnicos encarregados das leituras da instrumentação os quais devem registrar as mudanças e anormalidades que porventura são observadas durante seu recorrido. Esta inspeção é essencial para barragens de menor importância devido ao intervalo de tempo entre as outras inspeções formais devido as restrições orçamentarias que normalmente afetam os pequenos empreendimentos.
Inspeções periódicas devem ser efetuadas no mínimo com freqüência anual pelos engenheiros responsáveis da analise e interpretação dos resultados.
Para barragens importantes outras inspeções por um grupo de consultores independentes, composto de especialistas nas diversas áreas, devem ser efetuadas com freqüência variando entre 3 e 5 anos. Este tipo de inspeção não se justifica para barragens pequenas, entretanto recomenda-se um controle independente com freqüência análoga.
Inspeções especiais devem ser realizadas sempre que ocorra um evento excepcional tal como um terremoto, uma enchente de grandes proporções, uma tempestade com ventos fortes etc. ou na detecção de algum problema grave. Este tipo de inspeção deve ser efetuado também quando da execução de alguma atividade de operação ou manobra dos equipamentos pouco usual, como por exemplo um rebaixamento rápido ou total do reservatório, abertura de um descarregador de fundo ou abertura completa do vertedouro.
Os resultados destas inspeções devem ser registrados em um relatório documentado com grande numero de fotos, desenhos ou croquis para poder efetuar comparações a distancia de anos e assim possibilitar a verificação de fenômenos lentos e progressivos.


Atividade

Nota

1. Inspeção rotineira com registro

15

2. Inspeção Periódica




2.1 anual ou mais freqüente

30

2.2 freqüência de 1 a 2 anos

20

2.3 freqüência de 2 a 4 anos

10

3. Inspeção dos consultores independentes




3.1 a cada 4 anos ou mais freqüente

20

3.2 freqüência de 4 a 6 anos

10

3.3 freqüência de 6 a 10 anos

5

4. Utilização de lista de verificações

20

5. Documentação fotográfica

15

TABELA 2: Inspeções visuais - Notas


2.1.3. Equipes de auscultação

Estas equipes devem ser compostas de pessoal experiente, conhecedor dos fenômenos e comportamento da barragem e familiarizado com seus detalhes e singularidades. Estes técnicos devem participar de cursos de treinamento e atualização periódicos. Toda a equipe de auscultação, composta pelos engenheiros e técnicos responsáveis pelas observações de campo como também aqueles encarregados da analise e interpretação dos resultados, deve atender estes cursos de reciclagem.

Deve haver uma boa comunicação e interação entre as equipes de auscultação de campo e aquelas responsáveis pela análise dos resultados com reuniões periódicas e intercâmbio de informações e documentos.
Deve haver renovação periódica das equipes com a introdução de novos membros bem antes da saída dos antigos. Considera-se que um técnico deva atuar por um período mínimo de dois anos com uma equipe de auscultação experiente para atingir sua formação satisfatória e poder substituir um de seus componentes.
- Controle por consultores independentes

As atividades de auscultação devem ser submetidas a um controle por um grupo multidisciplinar de consultores externos independentes. Recomenda-se realizar este controle a intervalos mínimos de 4 anos na fase de operação. Estes consultores podem ser os mesmos chamados para a inspeção independente.


As atividades de educação, interação, atualização e auditoria das atividades de auscultação são importantes justamente para minimizar os erros humanos os quais são considerados como uma das maiores causas dos acidentes. Desta forma os funcionários estão motivados e evita-se erros devidos á rotina e á complacência.


Atividade

Nota

1. Interação entre equipes

30

2. Supervisão externa e independente




2.1 a cada 4 anos ou mais freqüente

40

2.2 freqüência de 4 a 6 anos

30

2.3 freqüência de 6 a 10 anos

10

3.Cursos de atualização da equipe de auscultação




3.1 a cada 2 anos

30

3.2 freqüência de 2 a 4 anos

15

TABELA 3: Equipes de auscultação - Notas


2.1.4. Instrumentação

Para barragens pequenas e com nível de risco baixo a instrumentação estritamente necessária ou indispensável se resume normalmente a:

- Alguns piezômetros


  • Marcos topográficos de referencia de nível

  • Medidores de vazão

Com esta instrumentação instalada nos pontos estratégicos peculiares de cada barragem é possível verificar a ocorrência de anomalias.


- Freqüência das leituras

Apesar de que a freqüência das leituras depende do tipo de instrumento, da sua localização e da fase da vida da barragem aqui foi dado um valor médio considerado adequado para esta fase.

Considera-se uma freqüência ótima quando 80% ou mais dos instrumentos são lidos de acordo com as recomendações do ICOLD ou outra entidade oficial ou conforme recomendado por estudos de engenheiros especialistas certificados. Considera-se satisfatória uma freqüência quando 50% ou mais dos instrumentos obedecem a regra acima.
Obrigatoriamente os instrumentos de medição de vazão, deslocamento da crista e piezômetros (para barragens de terra) devem seguir este critério.
- Verificação e manutenção da instrumentação

Deve existir um programa de verificação quanto a seu bom funcionamento, de manutenção e conserto a intervalos regulares com freqüência de um ano ou inferior.


- Avaliação periódica da instrumentação

Quando houver falhas e perdas de instrumentos deve ser avaliada a necessidade de seu reparo ou sua substituição. Também com base na análise dos resultados e interpretação do comportamento da barragem alguns instrumentos poderão ser desativados.




Atividade

Nota

1. Freqüência de leituras




1.1 80% dos instrumentos de acordo com ICOLD

30

1.2 50% dos instrumentos de acordo com ICOLD

20

2. Verificação do funcionamento

30

3. Manutenção da instrumentação

30

4. Avaliação periódica da instrumentação existente




4.1 a cada 5 anos ou menos

10

4.2 freqüência de 5 a 10 anos

5

TABELA 4: Instrumentação de monitoramento - Notas


2.1.5. Análise e interpretação dos resultados

Esta é a fase mais importante que coroa todas as atividades de auscultação de barragens.


- Tempestividade

Uma vez obtida a totalidade dos dados da campanha deverá ser realizada uma primeira analise expedita e emitido um parecer técnico apontando eventuais anormalidades, avaliando os possíveis riscos para a segurança e as medidas necessárias.

Este parecer deverá ser concluído num prazo de algumas semanas após o termino da campanha.
Não adianta contar com equipamentos instalados e observados com freqüência adequada e depois não analisar rapidamente e cuidadosamente seus resultados ou ainda deixar esta tarefa a uma equipe minúscula e desmotivada.
Nesta fase é de grande auxilio poder contar com um sistema de gestão computadorizada dos dados permitindo traçar gráficos cronológicos, comparar os diversos instrumentos, efetuar correlações, traçar linhas piezômetricas e deformadas etc.
Este sistema deve poder também ter acesso aos dados de projeto e aos relatórios anteriores.
- Validação das leituras

Para evitar a aquisição de valores errados as leituras devem ser verificadas quanto a sua coerência com as anteriores e com os limites previstos para as condições presentes no momento. Anomalias tais como inversão de tendência, aumentos bruscos não justificados devem ser checadas. No caso de incoerência pode ser repetida de imediato a leitura e em caso de confirmação analisadas as causas da anomalia.


- Interpretação dos resultados, pré-análise

Uma pré-análise dos resultados deve ser efetuada imediatamente após a realização das leituras. As causas de comportamentos anormais ou inesperados devem ser esclarecidas sem demora e as medidas necessárias tomadas rapidamente.


Os pareceres técnicos com uma análise mais aprofundada dos resultados e das inspeções devem ser efetuados num prazo máximo de 3 meses.
- Relatórios

Os relatórios de interpretação devem ser realizados com freqüência anual ou plurianual e devem conter uma análise aprofundada dos resultados cobrindo varias campanhas de leituras.


Nestes relatórios deverá ser efetuada uma avaliação da instrumentação existente recomendando-se, conforme for o caso, a alteração na frequência de leitura, a desativação dos instrumentos considerados não mais necessários naquela fase e a complementação dos eventuais que estejam falhando.
Relatórios contendo o histórico de dez ou mais anos são muito úteis para a correta interpretação dos resultados e verificar as tendências de longo prazo.
- Existência de valores de comparação

A determinação de valores de comparação para vários casos: valores de alerta, valores limite etc., são importantes para analisar os resultados da instrumentação.


Deve-se ressaltar entretanto que as vezes os modelos e as hipóteses adotadas com base nos estudos iniciais do projeto mostram-se pouco realistas e devem ser revisadas após alguns anos.
- Gestão computadorizada dos resultados

É importante para uma analise mais rápida e para auxiliar na interpretação dos resultados de forma mais eficiente. Ele deve emitir alarmes quando os valores limites forem ultrapassados e permitir traçar gráficos cronológicos, comparar os diversos instrumentos, efetuar correlações e tratamentos estatísticos para verificação de tendências e previsão, traçar linhas piezômetricas e deformadas etc. Este sistema deve poder também ter acesso aos dados de projeto e aos relatórios anteriores.


A existência portanto da gestão computadorizada garante a tempestividade da análise citada anteriormente.


Atividade

Nota

1. Validação das leituras

10

2. Pré-análise dos resultados imediata

20

3. Relatório de interpretação




3.1 Anual ou mais freqüente

20

3.2 freqüência de 1 a 2 anos

10

4. Relatório histórico

5

5. Existência de valores de comparação

20

6. Reavaliação dos valores de comparação

10

7. Gestão computadorizada dos resultados

15

TABELA 5: Análise e interpretação dos resultados - Notas


2.2 Cálculo do Índice

Os cinco aspectos das atividades de auscultação descritos acima deverão ter sua pontuação calculada e o índice final de avaliação do nível ou grau de eficiência da auscultação computado de acordo com a formula seguinte e com base nos pesos indicado na tabela 6 abaixo.


INA = 0,1 x  org + 0,4 x  insp + 0,2 x  equip + 0,1 x  instr + 0,2 x  na

ASPECTO

Peso


Organização e disponibilidade dos dados básicos da barragem

0,1

Inspeções visuais

0,4

Equipe técnica

0,2

Instrumentação

0,1

Análise e interpretação

0,2

TABELA 6: Peso dos aspectos


3. EXEMPLOS DE APLICAÇÃO

A seguir são dados alguns exemplos fictícios para fazer umas aplicações da avaliação da auscultação com o índice do nível de auscultação INA.


São levadas em consideração três barragens:

  1. uma barragem construída com cerca de 20 anos de vida instrumentada e acompanhada adequadamente

  2. uma barragem também com cerca de 10 anos de vida instrumentada adequadamente porém sem acompanhamento suficiente

  3. uma barragem antiga com instrumentação e acompanhamento mínimos




Atividade

Nota

Ex.1

Ex.2

Ex.3

1. Relatório final de projeto

30

30

30

0

2. Relatório e desenhos como construído

30

30

30

0

3. Fichas da instrumentação

30

30

30

30

4. Gestão computadorizada dos dados

10

10

0

10

org

100

100

90

40

TABELA 7: Organização e disponibilidade dos dados básicos da barragem – Exemplos


Atividade

Nota

Ex.1

Ex.2

Ex.3

1. Inspeção rotineira com registro

15

15

15

15
















2. Inspeção Periódica













2.1 anual ou mais freqüente

30

30







2.2 a cada 2 anos ou mais freqüente

20










2.3 a cada 4 anos ou mais freqüente

10




10

10
















3. Inspeção dos consultores independentes













3.1 a cada 3 anos ou mais freqüente

20










3.2 a cada 5 anos ou mais freqüente

10

10







3.3 a cada 10 anos ou mais freqüente

5




0

5

4. Utilização de lista de verificações

20

20

0

0

5. Documentação fotográfica

15

15

0

15

insp

100

70

25

45

TABELA 8: Inspeções visuais - Exemplos
As grandes barragens construídas nos últimos 40 anos têm sua fase de projeto e construção geralmente bem documentadas. Já para as barragens mais antigas muitas vezes a documentação é reduzida e incompleta. A gestão computadorizada dos dados não é difícil de ser implantada pelo menos para os documentos mais importantes.
A observação das ocorrências e anomalias durante a inspeção rotineira é fácil de fazer e é efetuada na grande maioria das barragens entretanto nem sempre se faz um registro escrito.
A inspeção periódica é feita a cada 1 ou 2 anos nas barragens importantes, entretanto a inspeção por um grupo de consultores independentes é realizada mais na fase inicial e freqüentemente interrompida na fase de operação normal.
A utilização de uma lista de verificações e documentação fotográfica rotineira é boa norma mas nem sempre aplicada.


Atividade

Nota

Ex.1

Ex.2

Ex.3

1. Interação entre equipes

30

30

0

30

2.Supervisão externa e independente













2.1 a cada 4 anos

40










2.2 a cada 6 anos

30

30







2.3 a cada 10 anos

10




10

10

3.Cursos de atualização da equipe de auscultação













3.1 a cada 2 anos

30

30

0




3.2 a cada 4 anos

15







15

equip

100

90

10

55

TABELA 9: Equipes de auscultação - Exemplos


Atividade

Nota

Ex.1

Ex.2

Ex.3

1. Freqüência de leituras













1.1 80% de acordo ICOLD

30

30







1.2 50% de acordo ICOLD

20




20

20

2. Verificação do funcionamento

30

30

30

30

3. Manutenção da instrumentação

30

30

0

30

4. Avaliação periódica da instrumentação existente













4.1 a cada 5 anos ou menos

10

10

0

0

4.2 a cada 10 anos

5










instr

100

100

50

80

TABELA 10: Instrumentação - Exemplos


Atividade

Nota

Ex.1

Ex.2

Ex.3

1. Validação das leituras

10

10

10

10

2. Pré-análise dos resultados imediata

20

20

0

20

3. Relatório de interpretação













3.1 Anual ou mais freqüente

20

20







3.2 A cada 2 anos

10




10

10

4. Relatório histórico

5

5

0

0

5. Existência de valores de comparação

20

20

20

20

6. Reavaliação dos valores de comparação

10

10

0

0

7. Gestão computadorizada dos resultados

10

0

0

0

an

100

90

40

60

TABELA 11: Análise e interpretação dos resultados

INA = 0,1 x  org + 0,4 x  insp + 0,2 x  equip + 0,1 x  instr + 0,2 x  an




Exemplo

0,1 x  org

0,4 x  insp

0,2 x  equip

0,1 x  instr

0,2 x  an

INA

1

10

28

18

10

18

84

2

9

10

2

5

8

34

3

4

18

11

8

12

53

TABELA 12: Resumo dos exemplos de cálculo do INA
O nível de auscultação da primeira barragem pode ser considerado bom ou excelente, enquanto aquele da segunda seria insuficiente e o da terceira bom ou suficiente dependendo da importância e do potencial de risco da barragem.


4. CONCLUSÕES

Com base nas considerações e nos exemplos acima recomenda-se a seguinte classificação:




Valor do INA

Classificação

Barragens importantes com potencial de risco alto

Barragens de menor importância com potencial de risco baixo

de 100 a 80

excelente

excelente

de 79 a 60

bom

muito bom

de 59 a 50

suficiente

bom

de 49 a 40

insuficiente

suficiente

abaixo de 40

ruim

insuficiente

TABELA 13: Classificação do nível de auscultação
Recomenda-se manter um certo equilíbrio entre os vários aspectos e atividades de auscultação.
A composição deste índice é esquemática e forçosamente os itens e atividades não são descritos em pormenor aqui, entende-se que devem ser realizados de acordo com as boas práticas e normas da engenharia fazendo-se referencia a manuais e normas existentes.
Opina-se que estes critérios são condição necessária para uma boa auscultação, mas podem ser insuficientes em função de condições especificas ou da falta de aplicar adequadamente algum item.
Por último ressalta-se que a pontuação e os pesos das atividades e aspectos da auscultação também indicam as prioridades a serem seguidas quando houver falta de verba especialmente no caso de barragens pequenas com potencial de risco baixo e com restrições orçamentaria.

5.PALAVRAS-CHAVE


Auscultação, Segurança, Índice, Monitoramento.

6.REFERENCIAS

[1] PIASENTIN C. (2003) “Considerações sobre a importância das observações visuais na auscultação de barragens” XXV Seminário Nacional de Grandes Barragens Salvador



[2] CBDB Comissão de Auscultação e Instrumentação de Barragens (1995) “Auscultação e instrumentação de barragens no Brasil “



XXVI Seminário Nacional de Grandes Barragens




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