Os estudos desenvolvidos nesta dissertação de mestrado foram elaborados em conformidade com o ISB proposto por Zuffo (2005). A autora utilizou o termo “conceito” para os valores de cada critério, porém, neste trabalho, este termo será substituído por “categoria”.
As funções de valor propostas pela autora foram substituídas neste trabalho por uma matriz de classificação com as categorias e pesos de cada um dos 22 critérios do ISPB, baseando-se em escalas pré-existentes na literatura e/ou conceitos verificados em pesquisas bibliográficas. A matriz de classificação desenvolvida ao final desta pesquisa visa, além de determinar o nível de segurança das barragens, facilitar o trabalho de vistoria das barragens e a priorização das necessidades de manutenção da estrutura. As notas atribuídas a cada critério são valores inteiros, não havendo possibilidade de notas e categorias intermediárias, o que facilita a aplicação do índice.
Assim, neste trabalho, foi proposta uma matriz de classificação associando notas às categorias dos critérios definidos por Aguiar (2014), cujos pesos foram atualizados por Garcia et al. (2019). De maneira a diminuir a subjetividade na definição das categorias e suas
respectivas notas foi realizado uma revisão de literatura sobre os fatores que contribuem para as situações ótimas – que convergem para a segurança dos pequenos barramentos, relacionadas a cada um dos 22 critérios.
Definidas as categorias e seus pesos para cada critério, para cada uma delas foi atribuída uma nota de 1 a 100, sendo a nota mais alta atribuída aos fatores que interferem positivamente na segurança de barragens. Sendo assim, valores mais próximos de 100 representam níveis de segurança mais elevados.
Para adequar as notas das categorias do ISPB aos valores já existentes na literatura para a escala de segurança, foi feita uma normalização destes valores. O processo de normalização se assemelha ao processo de fuzzification (lógica fuzzy) caracterizado pela possibilidade de conversão de valores a uma escala normalizada (por exemplo, de 0 a 1) (Zadeh, 1965).
A normalização foi utilizada sempre para converter a escala inicial, utilizada como base para os cálculos, para a escala de 0 a 100, que definirá a nota de determinado critério para compor o ISPB. Segundo Eastman (1997) a aplicação da Equação 5 (variação linear) é forma mais simples de se realizar a normalização.
= í
á í ∗ !" " # !$% &" (5)
Onde:
' : valor a ser normalizado; '(í): valor mínimo encontrado;
'(á*: valor máximo encontrado;
: valor normalizado.
Intervalo normalizado: utilizou-se o intervalo4 igual a 100 proposto por Zuffo
(2005) para a definição das notas do ISB.
O processo de normalização foi utilizado nos casos em que foi encontrada escala disponível na literatura, com relação às diferentes categorias de cada critério. Assim, o processo de normalização foi executado, primeiramente, para o cálculo da “segurança normalizada”. Feito isso, dois caminhos poderiam ser seguidos: 1 – Preservação das categorias identificadas na escala estudada; ou 2 - Atualização e inserção de novas categorias, conforme conceitos verificados na revisão bibliográfica. No primeiro caso, os valores da “segurança normalizada” se mantiveram iguais às “notas prévias” e estas passaram por processo de normalização para a
4 O menor valor na escala (zero) foi substituído pelo menor valor numérico acima de zero possível, ou seja, 1 (um). Esta substituição foi realizada uma vez que critérios com nota zero inviabilizariam o cálculo do ISPB.
geração das “notas atualizadas”, que compõem a matriz de classificação. No segundo, foi necessário inserir valores intermediários na “segurança normalizada”, em escala linear, para a definição das “notas previas” e, posteriormente, realizar o processo de normalização para a geração das “notas atualizadas”.
Nos casos em que escalas e categorias não estavam disponíveis na bibliografia, foi proposta a divisão de categorias tomando-se como base legislações previamente discutidas e conceitos e discussões abordadas em publicações acadêmicas e em manuais e documentos elaborados por órgãos públicos.
Feito isso, foi elaborada a matriz de classificação que compõe o ISPB.
Após a definição da matriz de classificação, o ISPB foi aplicado à 24 barragens situadas na microbacia do Ribeirão das Cabras em Campinas/SP conforme informações do Relatório Técnico do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) (IPT,2002) e de material cartográfico elaborado nesta dissertação. Na ausência de informações fundamentais ao enquadramento na devida categoria, foi atribuída menor situação de segurança aos respectivos critérios.
Para facilitar a denominação das barragens neste trabalho, as barragens constantes do Relatório Técnico citado foram renomeadas, conforme mostra-se no Quadro 6.
O cálculo do ISPB manteve-se da forma como proposto o ISB de Zuffo (2005), segundo a Equação 6.
+,- = ∏) /0
1 (6)
Em que:
ISPB: Índice de Segurança de Pequenas Barragem;
qi: nota do i-ésimo critério, um número entre 1 e 100, obtido na matriz de
classificação em função da categoria na qual o barramento se enquadrou;
wi: peso correspondente ao i-ésimo critério, um número entre 0 e 1, atribuído em
função da sua importância para a conformação global de segurança, sendo que (Equação 7):
∑)1 3 = 1 (7) Em que:
O valor do ISPB encontrado para cada barramento indicará a condição de segurança das estruturas conforme a classificação do Quadro 7.
Quadro 6 – Barragens inspecionadas pelo IPT (2002) BARRAGENS INSPECIONADAS PELO IPT DENOMINAÇÃO DAS BARRAGENS NESTE ESTUDO COORDENADAS E (m) COORDENADAS N (m) B1 B-1N 306.260 7.467.106 B2 B-2N 305.302 7.467.131 B3 B-3N 305.302 7.467.131 B4 B-4N 305.778 7.467.710 B5 B-5N 306.002 7.467.740 B6 B-6N 304.523 7.467.267 B7 B-7N 305.884 7.468.258 B8 B-8N 306.011 7.468.625 B9 B-9N 305.988 7.468.346 BX B-XN 305.008 7.467.596 B1 B-1T 309.363 7.466.299 B2 B-2T 309.113 7.466.528 B3 B-3T 309.055 7.466.524 B4 B-4T 308.819 7.466.843 B5 B-5T 308.363 7.467.323 B6 B-6T 308.018 7.466.821 B7 B-7T 309.018 7.466.795 B8 B-8T 308.730 7.467.290 B9 B-9T 308.934 7.467.335 B1 B-1V 309.863 7.467.994 B2 B-2V 309.800 7.467.826 B3 B-3V 309.858 7.467.799 B5 B-5V 309.416 7.468.211 B1 B-1S 301.084 7.466.278
Nota: Barragens com a letra N – localizadas na Fazenda Quinta Nossa Senhora de Fátima; T - Fazenda Quinta Três Estrelas; V - Condomínio Fazenda Vale das Cabras; S - Fazenda São José. Coordenadas em Sistema UTM, Fuso 23k, Datum SIRGAS 2000..
As categorias apresentadas no Quadro 7 são definidas de acordo com a classificação a seguir desenvolvida por Zuffo (2005) baseada nas orientações do EUA – Design of Small Dams (1987):
Condição Boa: não há deficiências ou potenciais deficiências na segurança da
barragem. Performance segura pode ser esperada sobre todas as condições de carga excepcionais, incluindo-se eventos tais como MCE e PMF;
Condição Satisfatória: deficiências não existentes na segurança da barragem para
condições normais de carga. Eventos hidrológicos ou sísmicos, não frequentes, podem resultar numa deficiência na segurança da barragem;
Condição Regular: uma deficiência potencial na segurança da barragem pode ser
identificada no que se refere às condições de cargas excepcionais, que podem ocorrer, de fato, durante a vida útil da estrutura. Também, quando existem incertezas sobre alguns dos parâmetros; incertezas que identificariam uma deficiência potencial na segurança da barragem. Investigações posteriores e estudos são necessários;
Condição Deficiente: uma deficiência potencial na segurança da barragem é
claramente reconhecida em condições de cargas normais. Ações imediatas são recomendadas para que se possa resolver a deficiência. Restrições na operação do reservatório podem ser necessárias até a resolução do(s) problema(s); e
Condição Insatisfatória: existe uma deficiência nas condições da segurança da
barragem em condições normais de carga. Ações corretivas imediatas são requeridas para a solução do(s) problema(s) (ZUFFO, 2005).
Quadro 7 – Interpretação do Índice de Segurança de Pequenas Barragens (ISPB) obtido para cada barramento. RESULTADO DO ISPB CLASSIFICAÇÃO DE SEGURANÇA 91 - 100 Condição Boa 81 - 90 Condição Satisfatória 61 - 80 Condição Regular 31 - 60 Condição Deficiente 0 - 30 Condição Insatisfatória
Fonte: Zuffo (2005) e EUA – Design of Small Dams (1987).
Para o levantamento das barragens localizadas na microbacia do Ribeirão das Cabras foi utilizada a Pesquisa de Dados dos Recursos Hídricos do Estado de São Paulo disponibilizada pelo DAEE. Nesta Plataforma é possível obter informações das barragens cadastradas, tais como localização (através de coordenadas UTM), usuário, finalidade, curso d’água, etc (DAEE 2020).
Os barramentos localizados na microbacia do Ribeirão das Cabras estão inseridos em propriedades particulares. Por este motivo, não foi possível realizar inspeções in loco para a aplicação do ISPB nas barragens que constam no cadastro do DAEE.
Desta forma, a fim de obter informações para a aplicação do ISPB, foram utilizadas as informações disponíveis no Relatório Técnico nº 62.317 elaborado em 2002 pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) a pedido do DAEE de Campinas. Este relatório contempla a inspeção técnica de 24 barragens situadas na área de estudo (microbacia do Ribeirão das
Cabras) e foi realizado visando levantar os indícios de anomalias geotécnicas capazes de comprometer a segurança das estruturas e propor recomendações para a melhoria das condições de segurança
Além disso, para a obtenção de informações espaciais não disponíveis no Relatório Técnico do IPT (2002) foi elaborado material cartográfico através do software QGIS versão 3.12.1. O QGIS é um Sistema de Informação Geográfica (SIG) de Código Aberto licenciado segundo a Licença Pública Geral GNU e é um projeto oficial da Open Source Geospatial Foundation (OSGeo) (QGIS, 2020b).
As etapas aplicadas nesta pesquisa, baseada nas classificações metodológicas já explicadas são descritas na Figura 27.
Figura 27 - Estrutura de aplicação e desenvolvimento da pesquisa.
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES
5.1 Processo de determinação do Índice de Segurança de Pequenas Barragens (ISPB)