3 REVISÃO DA LITERATURA 6
3.4 Análise estatística de rupturas em barragens 21
3.4.10 Piping através do barramento 34
Foster et al. (1998) levantaram informações que demonstram a ocorrência de 39 rupturas em grandes barragens (altura > 15m), o que representa 38% de todas as rupturas. A probabilidade
média histórica é de 3,5 x 10-3 (39 falhas entre 11.192 barragens), conforme dados do
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A probabilidade anual histórica é de 1,3 x 10-4, sendo determinada pelo resultado do
quociente entre o número de rupturas e a quantidade em anos de operação nas 11.192 barragens, o que corresponde a 300.524 anos de operação, conforme Tabela 3.10. A quantidade acumulada em anos de operação foi obtida pelo somatório do produto da quantidade de barragens por cada tipo e a média estimada em anos de operação até 1986.
Tabela 3.10 – Idade média de barragens em operação por tipo de seção até 1986
TIPO DE SEÇÃO Nº de barragens Idade média até 1986 Total em anos até 1986 Terra homogênea 1.030 34,9 35.947
Terra com filtro na fundação 1.704 18,9 32.205
Terra com enrocamento de pé de talude 676 24,9 16.832
Terra zoneada 4.051 21,9 88.716
Terra zoneada e enrocamento 1.052 22,2 23.354
Núcleo central de terra e enrocamento 977 16,2 15.827
Terra e face de concreto 452 29,8 13.470
Enrocamento com face de concreto 317 26,1 8.274
Terra com núcleo impermeável 480 91,5 43.920
Terra, com núcleo em concreto 255 48,6 12.393
Enrocamento, com núcleo em concreto 105 32,5 3.412
Aterro hidráulico 89 69,0 6.141
Outras 4 8,3 33
TOTAL 11.192 300.524
Fonte: Modificado de FOSTER, et al., 1998, p. 22.
Foster et al. (1998) relatam que a probabilidade média histórica de início de piping através do barramento, combinado entre rupturas e acidentes é de 1,0 x 10-2 [(39 rupturas + 80 acidentes)
÷ 11.192], conforme dados do ANEXO A.
Em relação ao uso de filtros no barramento, aproximadamente 30% de acidentes ocorreram em barragens sem filtros. Em 21 dos 31 acidentes em que se constatava a presença de filtros, o início de piping ocorreu devido ao fato de o material de filtro ser grosseiro ou segregado (não graduado), colocado junto a outros materiais no filtro sem a devida área de transição.
Quanto à propriedade de materiais aplicados em núcleos de barramento, a pesquisa no banco de dados mostra que as barragens construídas com argilas dispersivas são suscetíveis a falhas
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por piping, com uma estatística apresentando uma freqüência de 18% de casos ( 9 entre 51 casos) de rupturas por piping.
Em relação à combinação de fatores, as tabelas 5.21, 5.22 e 5.23, do capítulo 5, mostram os fatores estimados a partir das estatísticas. Nessas tabelas os fatores são classificados de acordo com o tipo de seção da barragem, a origem geológica de materiais usados no núcleo do barramento, a geologia da fundação e a compactação do maciço, dentre outros fatores.
Essas tabelas identificam características que determinam um grau de probabilidade qualitativa, classificados como:
• muito mais provável, • mais provável, • neutro,
• menos provável, • muito menos provável.
A estatística de incidentes indica que a combinação de muitas características classificadas como “muito mais provável” têm maior risco de formação de piping do que aquelas que têm uma ou duas características classificadas com esse grau de probabilidade qualitativa.
Por exemplo, a presença de solos dispersivos por si só não necessariamente influencia a probabilidade de ruptura. Entretanto, uma barragem construída com solos dispersivos, compactação ruim e, além disso, seção homogênea, provavelmente terá maior possibilidade na formação de piping.
Outro fator considerado na estatística é o tempo de ocorrência de incidente após a construção. Sobre esse fator os dados da Tabela 3.11 mostram que piping através do barramento ocorre com maior freqüência no primeiro enchimento do reservatório e nos primeiros 5 (cinco) anos de operação.
Programa de Pós-graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos da UFMG 37 Tabela 3.11 – Tempo de incidentes após a construção – piping através do barramento
Tempo de incidente Nº de casos % de casos (conhecidos)
após a construção
Rupturas Acidentes Rupturas Acidentes
Durante a construção 1 0 2 0
Durante o primeiro enchimento 24 26 47 25
Após o primeiro enchimento e durante os primeiros cinco anos de operação
7 13 14 13 Após os primeiros cinco anos de
operação 18 60 35 59
Não conhecido 1 3 2 3
Nº total de casos de piping 51 102 100 100 Fonte: Modificado de FOSTER, et al., 1998, p. 57.
Quanto à localização do início de piping, a estatística do banco de dados, sintetizada na Figura 3.8, mostra que a localização de início de piping ocorre com maior freqüência na área próxima as tubulações ou condutos forçados através do barramento e/ou através de trincheiras
n
undação.
Figura 3.8 – Localização do início de formação de piping Fonte: Modificado de FOSTER et al., 1998, p. 60.
Os dados estatísticos mostram que o piping ocorre próximo a tubulações em 46% dos casos das rupturas e em 27% dos casos de acidentes. Ressalta-se que o uso de tubulações, através do
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Around/near conduit Adjacent to concrete spillway
or other structure Over irregularity in foundation or abutment
Over steep abutment Over soil/rock foundation
contact Closure section Other, random Unknown No. of Cases Failures Accidents 51 failure cases 102 accident cases Não conhecido
Outros, aleatório
Seção fechada
Acima do contato solo/rocha
Sobre ombreira íngreme Sobre irregularidade na fundação ou na ombreira Adjacente ao vertedouro de
concreto ou outra estrutura
Próximo de tubulações Número de casos Rupturas Acidentes 51 rupturas 102 acidentes
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barramento ou através de trincheira na fundação, é estimado ser aplicado em 505 barramentos da população de barragens (FOSTER et al., 1998)
A Tabela 3.12 mostra a influência de tubulações ou condutos forçados em relação ao tipo de seção do barramento.
Tabela 3.12 – Influência de tubulações na formação de piping através do barramento
Tipo de seção da barragem
% de incidentes por piping originados em áreas próximas a tubulações ou condutos forçados
Terra homogênea 45%
Terra com filtro na fundação 67%
Terra com enrocamento de pé de talude 36%
Terra zoneada 21%
Terra zoneada e enrocamento 13%
Núcleo central de terra e enrocamento 14%
Terra e face de concreto 50%
Enrocamento com face de concreto 0%
Terra com núcleo impermeável 28%
Terra, com núcleo em concreto* 50%
Enrocamento, com núcleo em concreto 33%
Aterro hidráulico 0%
Incidentes com piping = rupturas por piping + acidentes por piping
* Somente dois casos de incidentes em barragens de terra com núcleo de concreto. Fonte: Modificado de FOSTER et al., 1998, p. 61.
As possíveis causas potenciais, para ocorrência de piping devido à presença de estruturas como tubulações ou condutos forçados são:
• inadequada compactação de materiais próximo às laterais das tubulações ou trincheiras escavadas de forma irregular na fundação,
• tendência a condições de baixa tensão e fraturas hidráulicas, quando a tubulação é localizada em profundidade e em trincheiras estreitas na fundação,
• trincas nas tubulações devido à deterioração ou recalque diferencial da estrutura da mesma.
Foster et al. (1998) relatam que o piping ocorre próximo a tubulações em cerca de 40% dos casos nos seguintes tipos de barragens: barragens de terra homogênea, barragem de terra com filtro na fundação, barragem de terra com face de concreto e barragens em terra com núcleo em parede.
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Barragens de terra com núcleo central e enrocamento têm baixa proporção de incidentes envolvendo piping próximo às tubulações (14%). Entretanto, muitas dessas barragens são grandes e possuem túneis de passagem ao invés de tubulações.
Em menor freqüência, o piping ocorre na interface entre o barramento e as estruturas de concreto, como vertedouros (6% a 7%), sobre as irregularidades da fundação ou nos limites do barramento (áreas de interface e transição entre materiais), e sobre as ombreiras com grande inclinação (4% a 8%). Nota-se que esses locais são de difícil compactação dos materiais e têm características suscetíveis à fratura hidráulica e/ou ao recalque diferencial.