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
-6g )
Vibração operacional 0.1 mg ( 10
-4g )
Ensaios de vibração forçada 1 mg ( 10
-3g )
Sismos com período de retorno T=10 anos 10 g ( 10
-2g )
SBP (T = 145 anos)
(na base, 0.02 g ; no topo, 5x0.02g = 0.1g) 100 mg ( 10
-1g )
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.
osIlídio Ferreira e Carlos Rosário, da Eng.
aMaria Olímpia Pereira e dos técnicos Jorge
Fernandes e Maurício Henriques. Agradece-se por fim o permanente apoio do Eng.
oRomano 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.
Referências Bibliográficas
ALEGRE, A.; OLIVEIRA, S.; ESPADA, M.; CÂMARA, R.; LEMOS, V., 2016 – Hydrodynamic
pressures on dams. numerical and experimental results for non-vertical upstream faces.10º
Congresso Nacional de Mecânica Experimental. LNEC, Lisboa.
ESPADA, M., 2009 – Desenvolvimento de Modelos para análise dinâmica de estruturas.
Aplicação a barragens de betão e estruturas auxiliares. Dissertação de Mestrado, ISEL.
ESPADA, M.; MENDES, P.; OLIVEIRA, S., 2011 – Observação e Análise do Comportamento
Dinâmico da Torre das Tomadas de Água da barragem do Cabril. Rev. da APAET ISSN
1646-7078. Experimental Mechanics, Vol 19, P. 153-163.
ESPADA, M.; MENDES, P.; OLIVEIRA, S., 2011 – Dynamic monitoring of Cabril dam under
ambient vibration. Influence of the intake tower dynamic behaviour. 6th International
Conference on Dam Engineering. LNEC, Lisboa.
GARRETT, J. A., 2007 – A instrumentação no controlo de segurança de grandes obras.
Perspectivas de desenvolvimento. Lisboa, ICM2007, 2007. pp. 6-10.
HOUQUN, C., 2014 – Seismic Safety of High Concrete Dams. In CHINACOLD, Seismic Safety of
Dams in China (pp. 1-54).
LEMOS, J.; OLIVEIRA, S.; MENDES, P., 2008 – Analysis of the Dynamic Behaviour of Cabril Dam
Considering the Influence of Contraction Joints. 7
thEURODYN2008, UK.
LNEC, 2003 – Observação da barragem do Cabril (Período de exploração de 1982 a 2001) 3º
relatório. Análise do comportamento e avaliação das condições de segurança. LNEC -
Proc. 0403/01/234. Relatório 397/2003 – DBB/NMMF.
MENDES, P., 2005 – Observação e análise do comportamento dinâmico de barragens de betão
sob excitação ambiente. Lisboa, IST - Universidade Técnica de Lisboa.
MENDES, P., 2010 – Observação e análise do comportamento dinâmico de barragens de betão.
Tese de doutoramento elaborada no LNEC e apresentada na FEUP, Porto.
MENDES, P.; OLIVEIRA, C.; GARRETT, J. A.; OLIVEIRA, S., 2007 – Dynamic Behaviour
Characterization of Concrete Dams Based on Continuous Monitoring. 5th International
Conference on Dam Engineering. LNEC, Lisboa.
OLIVEIRA, S., 2000 – Modelos para Análise do Comportamento de Barragens de Betão
considerando a Fissuração e os Efeitos do Tempo. Formulações de Dano. Tese de
Doutoramento elaborada no LNEC e apresentada na FEUP. Porto. (Prémio de Investigação
Manuel Rocha 2002).
OLIVEIRA, S., 2002 – Continuous monitoring system for the dynamic performance
assessment of arch dams. Sub-programme D, do projeto “Study of evolutive
deterioration processes in concrete dams. Safety control over time”. Re-equipment
OLIVEIRA, S., 2013 – Análise de Fourier e Aplicações em Dinâmica de Estruturas. In,
Matemática do Planeta Terra. p.247. Ed.: F. Pestana da Costa, J. T. Pinto, & Jorge Buescu, IST
Press. 1ª Ed.2013, 2ª Ed.2014.
OLIVEIRA, S., 2015 – Monitoring of Dynamic Behaviour. Part I: Continuous monitoring systems
and models for seismic dam behaviour simulation. Water structure dynamic interaction.
Dam World Conference 2015. LNEC, Lisboa.
OLIVEIRA, S.; ALEGRE, A..; ESPADA, M.; CÂMARA, R., 2016 – Modelos de interação dinâmica
água-estrutura na análise sísmica de barragens abóbada em regime elástico-linear.
Aplicação à barragem de Luzzone. Revista Portuguesa de Engenharia de Estruturas. Número
temático sobre Engenharia Sísmica e Sismologia, Novembro de 2016.
OLIVEIRA, S.; ALEGRE, A.; SILVESTRE, A.; ESPADA, M.; CÂMARA, R., 2015 – Seismic safety
evaluation of Luzzone dam. Use of a 3DFEM state formulation in pressures and
displacements. 13th ICOLD Internacional Benchmark Workshop on Numerical Analysis of
Dams, EPFL, Lausanne.
OLIVEIRA, S.; ESPADA, M.; CÂMARA, R., 2012 – Long-term dynamic monitoring of arch dams.
The case of Cabril dam, Portugal. 15th World Conference on Earthquake Engineering,
Lisboa.
OLIVEIRA, S.; ESPADA, M.; CÂMARA, R., 2012– Monitoring and modeling the dynamic behavior
of arch dams. 54º Congresso Brasileiro do Concreto. Dam World Conference, Maceió, Brasil.
OLIVEIRA, S.; FERREIRA, I.; BERBERAN, A.; MENDES, P.; BOAVIDA, J.; BAPTISTA, B., 2010 –
Monitoring the structural integrity of large concrete dams. The case of Cabril dam,
Portugal. Hydro2010, 2010 Lisbon.
OLIVEIRA, S., LIMA, N., 2012 – Improvement of Cabril dam monitoring system using GNSS.
Development of software MoniDam for automatic monitoring data analysis. Task 5 do projeto
“GNSS and accelerometers data fusion in large structures monitoring. (Project
reference: PTDC/ECM-EST/2131/2012).
OLIVEIRA, S.; MENDES, P.; GARRETT, A.; COSTA, O.; REIS, J., 2011 – Long-term dynamic
monitoring systems for the safety control of large concrete dams. The case of Cabril
dam, Portugal. 6th Int. Conf. on Dam Engineering. LNEC, Lisboa.
OLIVEIRA, S.; OSÓRIO, A.; SILVESTRE, A.; CÂMARA, R., 2014 – Identificação modal e
simulação da resposta sísmica de barragens abóbada. JPEE2014. LNEC, Lisboa.
OLIVEIRA, S.; RODRIGUES, J.; MENDES, P.; CAMPOS COSTA, A., 2003 – Monitorização e
modelação do comportamento dinâmico de barragens de betão. VI Encontro Nacional de
Mecânica Computacional. Évora.
OLIVEIRA, S.; RODRIGUES, J.; MENDES, P.; COSTA, A. C., 2004 – Damage Characterization in
Concrete Dams Using Output-Only Modal Analysis. IMACXXII Dearborn, USA.
OLIVEIRA, S.; SALVADO, P.; SILVESTRE, A.; ESPADA, M.; CÂMARA, R., 2014 – Monitorização e
modelação do comportamento dinâmico de barragens de betão. Estudo da interação
OLIVEIRA, S.; SILVESTRE, A.; ESPADA, M.; CÂMARA, R., 2012 – Monitorização e modelação do
comportamento dinâmico de barragens de betão. Interação
barragem-fundação-albufeira. Encontro Nacional Betão Estrutural - BE2012. FEUP, Porto.
OLIVEIRA, S.; SILVESTRE, A.; ESPADA, M.; CÂMARA, R., 2014 – Modeling the dynamic behavior
of dam-reservoir-foundation systems considering generalized damping. Development of a
3DFEM state formulation. EURODYN2014. FEUP, Porto.
OLIVEIRA, S., SILVESTRE, A., ESPADA, M., SALVADO, P., CÂMARA, R., 2015 – Monitoring the
dynamic behavior of Cabril Dam. 2nd Int. Dam World Conf. LNEC, Lisboa.
OLIVEIRA, S., TOADER,A. M., VIEIRA, P., 2010 – Finding the elastic coefficients of a damaged
zone in a concrete dam using material optimization to fit the measured natural
frequencies. IV European Conference on Computational Mechanics. Paris, France, May 16-21.
PEETERS, B., 2000 – System identification and damage detection in civil engineering. S.l.:
Tese de doutoramento, Univ. católica de Lovaina, bélgica, 2000.
REIS,J.; COSTA,C. O., 2009 – Cabril_Aquis. Manual do utilizador. LNEC - Proc. 1102/11/16128.
Relatório 211/2009 – CIC/NSE.
RODRIGUES, J., 2004 – Identificação modal estocástica. Métodos de análise e aplicações
em estruturas de engenharia civil. Tese de doutoramento. FEUP, Porto.
RODRIGUES, J.; BRINKER, R., & P., A., 2004 – Improvement of Frequency Domain Output-Only
Modal Identification from the Application of the Random Decrement Technique. IOMAC.
ZIENKIEWICZ, O. C.; TAYLOR , R. L. AND ZHU, J. Z., 2005 – The Finite Element Method: Its
No documento
BARRAGEM DO CABRIL Sistema para monitorização de vibrações em contínuo
(páginas 48-57)