Instrumentação da Barragem da UHE Dona Francisca

A instrumentação de auscultação hidrogeotécnica da UHE Dona Francisca abrange instrumentos que permitem a observação de deslocamentos, deformações na fundação, subpressões e vazões de drenagem. Eles constituem, dentre os instrumentos de monitoramento, aqueles de mais fácil interpretação e que possibilitam uma avaliação direta das condições de segurança das estruturas da usina. A instrumentação existente na barragem é composta por Extensômetros Múltiplos (EMs), Pêndulos Diretos (PDs), Medidores Triortogonais de Junta (MTJs), Medidores de Vazões oriundas dos drenos e infiltrações (MVs), Piezômetros de Corda Vibrante (PCVs), Piezômetros de Tubo Aberto (PTAs), Marcos Superficiais (MSs), Termômetros Embutidos (TEs) e Termômetros de Superfície (TSs). A localização destes dispositivos pode ser visualizada na Planta Baixa e Perfil Longitudinal da barragem da UHE Dona Francisca apresentadas no Anexo I e também, nas Seções Transversais Instrumentadas apresentadas no Anexo II desta dissertação.

Foram instrumentados os blocos da região da Tomada d’água (TA), Margem Direita (MD), Vertedouro e Margem Esquerda (ME) além da instalação de EMs na Casa de Força (CF). As estruturas da casa de força foram instrumentadas com EMs, instalados para montante em 60° graus em relação à vertical, a fim de se observar uma eventual movimentação do maciço logo abaixo da estrutura.

A estrutura de concreto da tomada d’água, constituída por 1 bloco com cerca de 30 m de altura, teve uma seção transversal instrumentada com 2 piezômetros de fundação e 4 extensômetros múltiplos de hastes. Os 3 extensômetros mais a montante, instalados praticamente a partir do mesmo local da barragem, possuem as hastes longas instaladas abaixo da camada de basalto (ver Seção Instrumentada TA da Figura II.1 do Anexo II). O quarto extensômetro múltiplo foi instalado a partir do bloco de ancoragem do conduto forçado, sobre o talude de jusante, para monitorar qualquer eventual deslocamento do maciço rochoso, que possa comprometer o bom desempenho dos condutos forçados.

A barragem de CCR da margem direita (MD) tem o bloco B6 instrumentado com 2 piezômetros de fundação (ver Seção Instrumentada S1 da Figura II.2 do Anexo II). Na galeria inferior de drenagem foram instalados 5 MTJs e 2 MVs, um para a medição das infiltrações através do túnel de drenagem da MD e outro para o controle das infiltrações através do concreto e da fundação ao longo da galeria de drenagem da ombreira direita.

Na região do vertedouro foram estabelecidas 3 seções “chaves”, localizadas nos blocos B17, B21 e B25 para receber uma instrumentação de auscultação mais completa. O bloco B17, instrumentado com 1 PD, 2 PTAs e 3 PCVs, é um dos blocos de maior altura do vertedouro (cerca de 60 m) em função da maior escavação realizada no local devido às características do maciço rochoso (ver Seção Instrumentada S2 da Figura II.3 do Anexo II). O bloco B21 também possui uma altura significativa em relação aos demais e foi instrumentado com 1 PD, 2 PTAs e 4 PCVs (ver Seção Instrumentada S3 da Figura II.4 do Anexo II).

Na região do vertedouro, os extensômetros múltiplos foram instalados apenas na fundação do bloco B25, segundo uma configuração em roseta, com um deles na vertical e os outros 2 inclinados de 30º em relação a vertical, um para montante e outro para jusante, de modo a possibilitar a determinação das deformações na fundação, por ocasião da fase de enchimento do reservatório e operação da estrutura. O bloco B25 dispõe também de 2 PTAs instalados (ver Seção Instrumentada S6 Figura II.7 do Anexo II).

Três MVs foram instalados na região do vertedouro na galeria de inspeção/drenagem. Um está localizado na interface entre o vertedouro e os blocos dotados de adufas (B8/B9), outro na região do bloco B17 e o último próximo ao bloco B25. Na região da ombreira esquerda da barragem (OE) há 1 MV instalado no bloco B35 para o controle das infiltrações naquele local (ver a localização destes MVs na Planta Baixa do Anexo I).

Em decorrência das piores características geológicas do maciço rochoso da ombreira esquerda, foram selecionadas 2 seções para auscultação. A primeira delas está localizada no bloco B28 e foi instrumentada com 3 EMs para permitir a determinação dos recalques deste bloco em relação a uma referência na fundação e 2 PCVs (ver Seção Instrumentada S4 Figura II.5 do Anexo II). A outra seção instrumentada está localizada no bloco B30 e contém 3 PCVs (ver Seção Instrumentada S5 na Figura II.6 do Anexo II).

Os marcos superficiais foram instalados, porém, seu monitoramento foi abandonado nos

primeiros meses de operação da barragem da UHE Dona Francisca27 _{e desta forma, este}

instrumento não poderá ser objeto de análise nesta dissertação.

Nos dois primeiros anos após o enchimento do reservatório, a instrumentação foi automatizada no que se refere à transmissão de dados dos instrumentos para uma central. Porém, em função da ocorrência de diversas inconsistências nas leituras, em 2003 o sistema foi substituído por leituras manuais. Apesar deste problema inicial, o banco de dados existente após tal substituição, é relativamente completo e no geral apresenta uma consistência satisfatória para que se possa proceder com a análise.

O plano de instrumentação da barragem da UHE Dona Francisca está concentrado principalmente nos blocos de concreto sobrejacentes ao maciço de rochas sedimentares da Formação Caturrita (com referência aos arenitos entremeados por camadas de siltitos e argilitos). Tais blocos estão localizados na região do vertedouro da barragem. Todas as seções instrumentadas da barragem são apresentadas detalhadamente no Anexo II desta dissertação. O Quadro 8 apresenta uma descrição geral dos instrumentos existentes e que estão em funcionamento na barragem. Salienta-se que a coluna do item “Tipo de leitura” refere-se ao procedimento de coleta de dados que é feito com o auxílio de equipamentos analógicos (coordinômetro, pio elétrico, réguas etc.) ou digitais no caso de alguns instrumentos cujas

leituras são realizadas através do dispositivo eletrônico “Readout”. Em ambos os casos, não se dispensa a necessidade do operador ir até o local de coleta para efetuar a leitura.

Quadro 8 – Descrição geral dos instrumentos da barragem da UHE Dona Francisca

Instrumentação existente na barragem da UHE Dona Francisca

Instrumento Quantidade Localização na UHE Início das _leituras Frequência de _leitura Tipo de _leitura EM 12 TA(4), CF(2), B25(3) e _B28(3) Nov./2000 Semanal Digital

PD 2 B17e B21 Nov./2000 Semanal Analógica

MTJ 18 Ver Anexo I Nov./2000 Mensal Analógica

MV 6 B5, B7, B10, B17, B25 e B35 Nov./2000 Semanal Digital ou _Visual PCV 18 TA(2), B6(2), B17(2), B21(4), _{B25(3), B28(2) e B30(3)} Nov./2000 Semanal Digital PTA 12 _{B21(2), B25(2) e B29/30(2)} OE(2), OD(2), B17(2), Variável Semanal Observação _Visual

MS 5 TA(1), B6(2), B28(1) e _B30(1) - Suspenso -

Drenos 723 Galeria Drenagem: Montante _{(e=1,5m) e Jusante (e=2,0m)} Out./2002 Variável Analógica

TE 2 B17 Nov./2000 Semanal Digital

TS 2 B17 Nov./2000 Semanal Digital

Fonte: adaptado de MPI da UHE Dona Francisca - CEEE-GT (2016)

Dentro da galeria de drenagem, existem 4 caixas coletoras, denominadas “MUX”, pelas quais se efetuam as leituras dos piezômetros de corda vibrante, extensômetros, medidores de vazão e dos termômetros embutidos no concreto. MUX é a abreviatura para multiplexador, multiplexer ou multiplex que é um dispositivo que seleciona as informações de duas ou mais fontes de dados num único canal. São utilizados em situações onde o custo de implementação de canais separados para cada fonte de dados é maior que o custo e a inconveniência de utilizar as funções de multiplexação/demultiplexação.

As fotos da Figura 25 apresentam os detalhes de um multiplexador existente na galeria de inspeção da barragem da UHE Dona Francisca e uma leitura sendo efetuada através do “Readout” (foto da direita). A maioria dos instrumentos com leituras digitais oferecem a possibilidade de leitura manual a fim de efetuar-se a comparação entre elas e certificação da qualidade dos dados obtidos.

Figura 25 – Detalhe caixa coletora “MUX” e “Readout”. (Fonte: MPI da UHE Dona Francisca - CEEE-GT, 2016)