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Amplitude das vibrações medidas na barragem do Cabril sob diferentes tipos de

Na Figura 4.8 apresentam-se três dos acelerogramas registados na galeria do coroamento (pontos 1,

5 e 9) no dia 27 de março de 2010, entre as 13:00 e as 14:00 horas, nos quais se nota claramente o

efeito das vibrações sísmicas devidas a um sismo de magnitude 4.1 que ocorreu em Sousel (às

13:37:52 horas), a uma distância da barragem de aproximadamente 130 km. Como se pode ver o

sismo provocou uma aceleração de pico de 4 mg no ponto a meio da galeria do coroamento

(aceleração medida na direção radial). Nesta data não foi possível registar as acelerações na

inserção pois os dois acelerómetros triaxiais colocados junto aos encontros não estavam em

funcionamento, tal como os acelerómetros uniaxiais instalados na 2ª galeria, sob a zona fendilhada.

Neste ponto é de salientar que a amplitude das vibrações na barragem do Cabril para os diferentes

tipos de excitação pode ser atualmente bem caracterizada devido aos resultados que têm sido

registados com o presente sistema de monitorização de vibrações, como se mostra no Quadro 4.1.

Quadro 4.1 – Amplitude das vibrações medidas na barragem do Cabril sob diferentes tipos de excitação

Tipo de excitação Amplitude das vibrações

no corpo da barragem

Vibração ambiente 0.001 mg ( 10

-6

g )

Vibração operacional 0.1 mg ( 10

-4

g )

Ensaios de vibração forçada 1 mg ( 10

-3

g )

Sismos com período de retorno T=10 anos 10 g ( 10

-2

g )

SBP (T = 145 anos)

(na base, 0.02 g ; no topo, 5x0.02g = 0.1g) 100 mg ( 10

-1

g )

SMP (T = 1000 anos)

(na base, 0.2 g ; no topo, 5x0.2g = 1g) 1000 mg ( 1 g )

Como se pode ver pelos resultados do Quadro 4.1, a amplitude das vibrações sob excitação

ambiente é cerca de 1000 a 10.000 vezes inferior às vibrações provocadas por pequenos sismos,

com períodos de retorno inferiores a 10 anos.

Figura 4.8 – Acelerogramas registados na barragem do Cabril em 27 de março de 2010, entre as 13:00 e as 14:00

horas (água à cota 293,24 m). Neste período ocorreu um sismo de magnitude 4.1 com epicentro em Sousel, a cerca

de 130 km da barragem, que foi registado na barragem do Cabril (nesta data os dois acelerómetros triaxiais

colocados na inserção e os uniaxiais da 2ª galeria não estavam em funcionamento). O sismo provocou uma

5 | Conclusões e perspetivas futuras

A experiência adquirida pelo LNEC/DBB com a instalação e exploração do sistema para

monitorização de vibrações em contínuo na barragem do Cabril, a qual tem vindo a ser divulgada

através de vários artigos científicos em revistas e em congressos nacionais e internacionais, mostrou

que, atualmente, com os recentes desenvolvimentos tecnológicos (ao nível do hardware e do

software), a instalação deste tipo de sistemas pode contribuir de forma efetiva para melhorar o

controlo da segurança das grandes barragens. De facto, estes sistemas: i) permitem obter informação

útil sobre a evolução do estado de deterioração das obras na medida em que permitem identificar de

forma fiável a evolução ao longo do tempo dos seus principais parâmetros modais (frequências,

amortecimentos e configurações dos principais modos de vibração), os quais, como se sabe, podem

ser diretamente correlacionados com o estado de conservação/deterioração das estruturas; e ii)

permitem obter informação sobre a resposta sísmica das obras, a qual é de grande interesse para o

desenvolvimento de modelos numéricos para simulação/previsão do comportamento dinâmico de

barragens sob ações sísmicas, fundamentais em estudos de apoio ao projeto de novas obras e em

estudos de revisão/verificação da segurança sísmica das obras existentes.

No âmbito deste trabalho foi dado um importante contributo para o desenvolvimento do software de

tratamento, análise e gestão automática dos dados (pensando especificamente na perspetiva da

monitorização e análise dinâmica de grandes barragens de betão), que, como salientado, é uma

componente fundamental dos sistemas para monitorização em contínuo do comportamento dinâmico

de barragens. Neste trabalho apresentaram-se os programas que têm vindo a ser desenvolvidos no

LNEC, em MATLAB, para o caso da barragem do Cabril (estruturados de forma a serem facilmente

adaptáveis a outras barragens): software de identificação modal no domínio da frequência

(Modal_ID2.0 e Modal_ID_Auto2.0) e de análise dinâmica de barragens com modelos de EF3D

(DamDySSA2.0). Mostrou-se como as análises baseadas na comparação entre resultados

experimentais e numéricos (nomeadamente em termos de frequências naturais e configurações

modais) podem potenciar, simultaneamente, o desenvolvimento das técnicas de monitorização e

identificação modal e das técnicas de modelação numérica. Mostrou-se que a interação dinâmica

barragem-fundação-albufeira pode ser bem simulada com o programa de EF3D DamDySSA2.0

(desenvolvido em MATLAB no âmbito do projeto de investigação do LNEC sobre monitorização e

modelação do comportamento dinâmico de grandes barragens), no qual é adotada uma formulação

coupled” em deslocamentos e pressões (que requer uma discretização da albufeira em EF3D de

pressão) e uma abordagem de estado, que permite a consideração de amortecimento generalizado,

garantindo uma elevada eficiência computacional através da aplicação do método de diagonalização

da matriz de estado recorrendo a coordenadas modais complexas, o que facilita o processo de

integração no tempo.

Desde 2008, com o permanente e empenhado apoio da EDP, o LNEC (DBB e CIC) tem levado a

cabo diversas intervenções técnicas, em obra, as quais têm permitido melhorar as condições de

operacionalidade do sistema de monitorização de vibrações da barragem do Cabril. Nomeadamente,

têm sido efetuadas intervenções para melhoramento do software de análise e gestão dos dados e

intervenções periódicas de verificação/recalibração dos acelerómetros, para além de intervenções

esporádicas para reparação de pequenas avarias e instalação de novos equipamentos para melhorar

o nível de proteção da rede local e do servidor (instalado no Gabinete de Observação, no edifício da

central) contra sobretensões.

Nas condições atuais, tendo em conta a robustez da solução técnica implementada pelo LNEC em

termos de hardware e software, o elevado nível de automatização conseguido e a facilidade de

acesso remoto (inclusivamente a partir de dispositivos do tipo smartphone), o sistema evoluiu para

um estado de operacionalidade de crescente eficiência e atualmente já se pode considerar um

sistema de grande utilidade para o controlo da segurança da obra, que envolve baixos custos de

manutenção e exploração.

Para facilitar a manutenção e exploração do sistema considera-se de todo o interesse:

- estabelecer um plano de manutenção anual do sistema com vista à verificação/recalibração dos

acelerómetros e à revisão das condições de operacionalidade da generalidade dos equipamentos

instalados e do software de aquisição, análise, gestão e transmissão dos dados; e

- programar ações de formação/divulgação para as equipas técnicas da EDP sobre a utilização

do presente software desenvolvido pelo LNEC para apoio à monitorização do comportamento

dinâmico de barragens e, em particular, para o caso da barragem do Cabril.

Em termos de desenvolvimentos futuros há que:

- desenvolver aplicações web para apoio à análise e exploração dos dados da monitorização

dinâmica que correspondam a uma evolução das atuais aplicações do tipo stand-alone; o

desenvolvimento das referidas aplicações web envolverá o recurso a técnicas avançadas de

Visualização de Informação (VI) para apresentar os dados sob diferentes formatos. É previsível

recorrer à tecnologia HTML5 (HTML+Javascript+CSS), o que irá possibilitar a pretendida

visualização da informação em formato web sob a forma de diferentes tipos de gráficos interativos,

2D e 3D. Em particular, prevê-se a utilização da biblioteca D3 (http://www.d3js.org), o standard na

área do desenvolvimento de aplicações gráficas para a web.

- complementar o sistema de monitorização de vibrações instalado na barragem do Cabril com

mais um acelerómetro triaxial no fundo do vale, j unto à inserção, e, se possível, com ainda mais

um ou dois acelerómetros no maciço rochoso com vista a medir as acelerações sísm icas em

pontos da fundação afastados da zona de influência da barragem (a colocar na rocha em

pontos afastados cerca de 10 a 20 m da superfície de inserção).

Por fim salienta-se que os resultados obtidos pelo LNEC/DBB com este sistema, sumariamente

apresentados neste relatório, revestem-se de uma forte componente de investigação e de inovação,

cuja divulgação a nível nacional e internacional tem constituído um estímulo e uma orientação para a

instalação de sistemas do mesmo tipo em várias outras grandes barragens de betão, portuguesas e

estrangeiras.

Agradecimentos

O trabalho apresentado no presente relatório surge na sequência de um longo trabalho de

investigação do LNEC/DBB, ainda em curso, que foi iniciado em 2002 com a apresentação de uma

candidatura à FCT que permitiu obter financiamento para a instalação do sistema de monitorização

de vibrações em contínuo na barragem do Cabril, o qual, recentemente, foi complementado com um

sub-sistema para medição de deslocamentos por GNSS, também com financiamento da FCT.

A investigação que o LNEC/DBB tem desenvolvido nesta área da monitorização e modelação do

comportamento dinâmico de grandes barragens de betão tem envolvido o trabalho de investigadores

de vários departamentos do LNEC, de vários estudantes de doutoramento e de mestrado, e o

empenhado apoio dos engenheiros e técnicos da EDP.

O trabalho envolveu diversas áreas, desde a montagem de componentes de hardware e

desenvolvi-mento de software de aquisição, análise e gestão de dados até ao desenvolvimento de novas

formula-ções matemáticas para simulação da resposta dinâmica de sistemas

barragem-fundação-albufeira, passando pela resolução de problemas de transmissão/armazenamento de dados ao nível

da rede local e via internet, e ainda de problemas relacionados com a proteção da rede local contra

sobretensões.

Apenas para mencionar alguns dos que contribuíram para a instalação do sistema de monitorização

de vibrações na barragem do Cabril agradece-se o inestimável apoio da EDP, em particular dos

Eng.

os

Ilídio Ferreira e Carlos Rosário, da Eng.

a

Maria Olímpia Pereira e dos técnicos Jorge

Fernandes e Maurício Henriques. Agradece-se por fim o permanente apoio do Eng.

o

Romano Câmara

(investigador do DBB/NMMR) na fase de desenvolvimento do software de modelação numérica, e o

envolvimento e apoio dos investigadores do LNEC/CIC, Carlos Oliveira Costa, José Almeida Garrett,

João Palma e Carlos Santos, e ainda do bolseiro de doutoramento João Reis e do técnico de

informática Edgar Matias.

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