METODOLOGIAS DE INSPEÇÃO E SEGURANÇA DE
BARRAGENS APLICADAS AO SISTEMA FECOERGS
Maicolzideque Willig
Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo, Brasil, maicolzideque@gmail.com Vinícius Girardello
Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo, Brasil, vinigirardello@gmail.com Maciel Donato
Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo, Brasil, mdonato@upf.br Pedro Domingos Marques Prietto
Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo, Brasil, pdmp@upf.br Antonio Thomé
Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo, Brasil, thome@upf.br
RESUMO: O presente trabalho tem por objetivo apresentar os resultados das inspeções de 17 barragens do sistema FECOERGS (Federação das Cooperativas de Energia, Telefonia e Desenvolvimento Rural do RS), aplicar as metodologias de classificação do Ministério da Integração Nacional (MI) e a da Companhia de Gestão dos Recursos Hídricos do Estado do Ceará (COGERH/CE) e avaliar qual a melhor delas para as barragens do sistema. Percebeu-se que que as anomalias mais encontradas foram percolação em parte (s) da estrutura, deterioração no concreto e vegetação em local irregular. O método da COGERH/CE mostrou-se mais eficaz e confiável, pois avalia todo um contexto de características.
PALAVRAS-CHAVE: Segurança de Barragens, FECOERGS, Metodologias de Inspeção. 1 INTRODUÇÃO
As barragens são obras normalmente associadas a um enorme potencial de risco, seja eles econômicos, ambientais ou até mesmo a perda de vidas humanas. Portanto, o desempenho dessas obras deve ser assegurado, para eliminar qualquer possibilidade de rupturas e conseqüentemente acidentes. Contudo, nota-se a necessidade de investigar as condições reais de tantas barragens existentes pelo país, a fim de garantir que nenhuma delas venha a sofrer colapsos que resultam em perdas humanas, ambientais ou econômicas.
Sabe-se que, atualmente, no Brasil e no mundo há uma grande preocupação relativa à questão de segurança de barragens. Por isso, nos últimos anos alguns métodos foram propostos a fim de analisar as condições das barragens do país, dentre eles o método do
Ministério da Integração Nacional (MI) e um método alternativo, proposto pela Companhia de Gestão dos Recursos Hídricos do Estado do Ceará (COGERH/CE).
Através da aplicação destes métodos, pretende-se avaliar as condições das barragens do sistema FECOERGS, em um total de 17 barragens. Além disso, necessita-se estudar uma nova proposta de metodologia, mais adequada à realidade do sistema.
2 METODOLOGIA 2.1 Estudo Preliminar
Para uma melhor compreensão e informação sobre segurança de barragens, um estudo teórico foi realizado, no intuito de verificar mais adequadamente como este assunto está
sendo tratado em diversos países, desta forma conhecendo metodologias de inspeção e classificação existentes, para poder aplicá-las nas barragens do sistema FECOERGS.
2.2. Levantamento das Características das Barragens
Através de convênio entre UPF e FECOERGS, foi disponibilizado dados referentes às barragens do sistema, pois as metodologias de classificação e de inspeção necessitam destas informações para serem adequadamente aplicadas.
Dentre as características principais, selecionou-se três delas para exemplificar o porte e tipo de barragens (Tabela 1).
Tabela 1. Características das Barragens Barragem Altura (m) Potência
Instalada (kW) Material 1 3,9 150 AP 2 29,5 6124 C 3 4,4 800 AP 4 2,95 1000 CV 5 2 319 C 6 4,73 510 CV 7 1,7 315 C 8 5 3340 C 9 1,95 528 C 10 2,6 800 AP 11 21 DND C 12 3 680 C 13 DND 350 AP 14 2,7 4500 C 15 4,5 953 CV 16 15 4500 C 17 DND 1360 AP
Legenda: AP: alvenaria de pedra; C: concreto;
CV: comportas de vertedouro;
DND: dados não disponíveis.
2.3 Inspeção e Classificação das Barragens Uma inspeção visual foi realizada em cada barragem do sistema FECOERGS, no intuito de verificar a presença de anomalias, sendo que estas foram registradas em fotografias e/ou filmes.
Para isto, utilizou-se a Ficha de Inspeção do Ministério da Integração.
Estas inspeções foram acompanhadas por
diversos especialistas nas diferentes áreas da engenharia (geotécnica, estrutural, de recursos hídricos...) e, após a inspeção, um relatório foi gerado para cada barragem.
2.4 Estudo e Análise dos Resultados
Após a realização das inspeções e relatórios, uma análise de resultados foi feita, no intuito de caracterizar melhor o sistema de barragens, verificar as anomalias que mais surgiram e fazer uma análise crítica das metodologias aplicadas, a fim de propor/adaptar uma metodologia mais eficiente para as barragens da FECOERGS.
3 ESTUDO DAS METODOLOGIAS DE
INSPEÇÃO E CLASSIFICAÇÃO 3.1 Método do MI
O Ministério da Integração Nacional - MI propõe um método de classificação das barragens quanto a sua conseqüência de ruptura, baseando-se no potencial de perda de vidas humanas e nos danos econômicos associados à ruptura da barragem, a fim de fixar níveis apropriados de atividades de inspeção. A Tabela 2 apresenta o sistema de classificação proposto pelo MI.
Tabela 2. Classificação da Conseqüência de Ruptura de Barragens.
Conseqüência de
Ruptura Perda de Vidas
Danos Econômicos,
Sociais e Ambientais Muito Alta Significativa Dano Excessivo
Alta Alguma Dano
Substancial
Baixa Nenhuma Dano Moderado
Muito Baixa Nenhuma Dano Mínimo
Com a classificação da barragem de acordo com a sua conseqüência de ruptura, determina-se os intervalos regulares para que determina-sejam feitas as reavaliações da sua segurança. Na Tabela 3, Barbosa (2002) recomenda intervalos de reavaliações baseado nas conseqüências de ruptura.
Tabela 3. Freqüência de Reavaliações da Segurança de Barragens.
Conseqüência de Ruptura Período entre Reavaliações
Muito Alta 5 Anos
Alta 7 Anos
Baixa 10 Anos
Muito Baixa 10 Anos
3.2 Método da COGERH/CE
Barbosa (2002), deixa explícito que é uma “matriz piloto”, mas que ela vêm sendo utilizada com sucesso no Estado do Ceará pela Companhia de Gestão dos Recursos Hídricos – COGERH para as 116 barragens monitoradas pelo órgão.
O principal objetivo da matriz é apresentar um modelo alternativo para se obter uma classificação das barragens, preocupando-se principalmente com a sua segurança estrutural, importância estratégica e riscos para populações a jusante.
A matriz é composta por um conjunto de 4 itens. O primeiro conjunto é o de parâmetros técnicos de projeto (dimensões, tipo de barragem e de fundação, etc.), que retrata o grau de Periculosidade Intrínseca da Barragem, como mostra a Tabela 4. Devido a questões de espaço disponível, colocou-se apenas uma parte da tabela original.
Tabela 4. Índices de Periculosidade de uma Barragem - P. Dimensão da Barragem Volume Total Reservatório Tipo de Barragem A B C Altura ≤ 10m e Comprimento ≤ 200m Pequeno < 20hm³ Concreto (1) (3) (4) 10m < Altura < 20m e Comprimento ≤ 200m Médio Até 200 hm³ Alvenaria de Pedra / Concreto Rolado (3) (5) (6) 20m ≤ Altura ≤ 50m ou Comprimento 200m a 3.000 m Regular 200 a 800 hm³ Terra Enrocamento (6) (7) (8)
Para se obter o Índice de Periculosidade da Barragem, deve-se calcular através da seguinte equação.
(
)
∑
= a e P : ( 1 ) Esses valores são correspondentes a cada coluna da Tabela 4, onde cada característica da barragem possui seu valor na tabela (entre parêntesis) e o somatório destes valores corresponde ao Índice de Periculosidade. A Tabela 5 mostra a classificação da barragem de acordo com à Periculosidade.Tabela 5. Classificação da Barragem quanto à Periculosidade.
Índice de Periculosidade – P Classificação
P > 30 Elevado
20 < P ≤ 30 Significativo
10 ≤ P ≤ 20 Baixo a Moderado
Já no segundo conjunto da matriz, os aspectos envolvidos são relacionados com o estado atual da barragem, com a sua história e com a operacionalidade e/ou facilidade de manutenção de suas partes hidráulicas, permitindo avaliar o índice de Vulnerabilidade – V (Tabela 6). Novamente, por questões de espaço disponível, colocou-se apenas uma parte da tabela original.
Tabela 6. Índices de Vulnerabilidade de uma Barragem. Tempo de Operação Existência de Projeto Conf. Est. Vertedoras Tomada d'água F G H I > 30 anos Projeto "as built" e avaliação desemp. Muito Satisfatória Satisfatória Controle a montante (0) (1) (2) (1) 10 a 30 anos Projeto
"as built" Satisfatória
Satisfatória Controle à Jusante
(1) (3) (3) (2)
5 a 10 anos Só Projeto
básico Suficiente Aceitável
No caso de se alcançar a pontuação (10) em qualquer coluna da Tabela 6, implica na intervenção da barragem, a ser definida com base em inspeção especial.
O índice de Vulnerabilidade da barragem se obtêm através da seguinte equação:
(
)
∑
= f l
V :
( 2 ) Para a equação (2), são utilizados os valores obtidos de cada coluna da Tabela 6 e através do resultado obtido, tem-se a classificação da barragem quanto a vulnerabilidade, como mostra a Tabela 7.
Tabela 7. Classificação da Barragem quanto à Vulnerabilidade.
Índice de Vulnerabilidade – V Classificação
V > 35 Elevada
20 ≤ V ≤ 35 Moderada a Elevada 5 ≤ V < 20 Baixa a Moderada
V < 5 Muito Baixa
No terceiro conjunto estão reunidos parâmetros que conferem o valor estratégico associável à barragem no caso de eventual ruptura, se enquadrando no Índice de Importância, conforme Tabela 8.
Tabela 8. Índices de Importância de uma Barragem – I. Volume Útil hm³ M População a Jusante N Custo da Barragem O Grande > 800 (2) Grande (2.5) Elevado (1,5) Médio 200 a 800 (1,5) Média (2) Médio (1,2) Baixo < 200 (1) Pequena (1) Pequeno (1)
O cálculo do índice de importância da barragem se dá pela seguinte equação.
(
)
3 o n m I = + + ( 3 )Juntamente com os índices anteriores, obtém-se a classificação da barragem de acordo com o seu potencial de risco (PR), através da seguinte equação.
(
)
I V P PR= + × 2 ( 4 )Conforme a Tabela 9, tem-se a classificação da barragem quanto ao seu Potencial de Risco de acordo com a equação (4).
Tabela 9. Potencial de Risco de uma Barragem – PR. Classe Potencial de Risco – PR
A > 65 (ou V=10) Æ Alto
B 40 a 65 Æ Médio
C 25 a 39 Æ Normal
D 15 a 24 Æ Baixo
E < 15 Æ Muito Baixo
Notas: 1. Barragens com PR acima de 55 devem ser reavaliadas por critérios de maior detalhe.
2. Barragens incluídas na classe A exigem intervenção, a ser definida com base em inspeção especial.
A freqüência que deve ocorrer as inspeções na barragem é função do Potencial de Risco, e está descrita na Tabela 10.
Tabela 10. Freqüência de Inspeção nas Barragens.
Classificação da Barragem Tipo de
Inspeção A B C D E
Rotina --- 12 / ano 4 /ano 2 / ano 1 / ano
Periódica --- 1 / ano (RC) 1 / ano (RS), 1 / 2 anos (RC). 1 / 2 anos (RS) 1 / 4 anos (RS) Formal --- 1 / 5 anos 1 / 10 anos 1 / 15 anos 1 / 15 anos Especial Para definir intervenção e reclass.
Em oportunidades tais como cheias excepcionais, rebaixamento rápido do
reservatório, sismos, etc. Emerg. Após eventos de magnitude especial
Legenda: RC: relatório completo; RS: relatório simplificado.
4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS
4.1 Caracterização do Sistema Quanto as Anomalias
Com a conclusão dos relatórios de cada barragem, um estudo foi realizado a fim de detectar as anomalias que mais foram encontradas no decorrer das inspeções. O objetivo foi mostrar as cooperativas justamente aonde que se encontravam os problemas, para que os mesmos possam ser resolvidos da maneira mais adequada.
A Figura 1 mostra as anomalias que mais foram observadas durante as inspeções e o percentual de barragens em que a mesma foi relatada.
Figura 1. Anomalis mais encontradas.
Nota-se que as três anomalias mais encontradas são percolação em parte (s) da estrutura, deterioração do concreto e vegetação em local irregular, encontradas em mais de 50% das barragens, ou seja, ocorrência em dez das dezessete barragens. Dessa forma, para demonstrar melhor essas anomalias, têm-se as Figuras 2, 3 e 4 que expõem, respectivamente, o local de ocorrência de percolação, deterioração do concreto e da vegetação irregular.
Figura 2. Locais de ocorrência de percolação.
Figura 3. Locais de ocorrência de deterioração do concreto.
Figura 4. Locais de ocorrência de vegetação irregular.
Para ilustrar melhor esses resultados, selecionou-se algumas fotografias que mostram as anomalias mais encontradas nas inspeções realizadas (Figuras 5, 6 e 7).
Figura 5. Ocorrência de precolação no paramento de jusante em uma das barragens inspecionadas.
Figura 6. Caso de deterioração do concreto na estrutura vertente de uma das barragens analisadas.
Figura 7. Presença de vegetação na crista de uma das barragens.
4.2 Anomalias mais graves
Dentre as 17 barragens inspecionadas, constatou-se somente duas anomalias mais graves, ou seja, que necessitam de cuidados
especiais e mais urgentes. A Figura 8, mostra problemas sérios na estrutura do paramento de jusante em uma das barragens inspecionadas.
Figura 8. Problemas graves na estrutura no paramento de jusante, numa das barragens de alvenaria de pedra.
Já na Figura 9 tem-se um caso de surgimento de água à jusante de uma das barragens inspecionadas, situação que pode levar a um caso de piping (erosão interna).
Figura 9. Surgimento de água à jusante da barragem.
Para a resolução destas anomalias mais graves há a necessidade de um engenheiro especialista que possa analisar a magnitude real do perigo e propor soluções para os problemas. 4.3 Resultados da Classificação e Análise
Crítica dos Métodos de Inspeção e Classificação
4.3.1 Método do MI
barragens e a respectiva classificação pelo método, têm-se que:
• 1 barragem (5,88%) foi classificada como conseqüência de ruptura muito alta;
• 4 barragens (23,53%) foram classificadas como conseqüência de ruptura alta;
• 12 barragens (70,59%) foram classificadas como conseqüência de ruptura baixa;
• Nenhuma barragem enquadrou-se na classificação muito baixa.
Durante a aplicação desse método às barragens do sistema, percebeu-se que se trata de um método de classificação muito vago e subjetivo, por não fixar parâmetros para a classificação, ou seja, isso pode resultar em variações na classificação dependo do avaliador. Nele são avaliadas somente as conseqüências de ruptura da barragem, não sendo levados em consideração o estado atual da estrutura, que pode apresentar anomalias como as encontradas nas hidrelétricas inspecionadas.
4.3.2 Método da COGERH/CE
Todas as barragens do sistema FECOERS enquadraram-se na Classe D, potencial de risco baixo, pois os valores ficaram no intervalo de 15 a 25.
O método da matriz potencial de risco, utilizado pela COGERH/CE, mostrou-se mais eficiente às barragens do sistema FECOERGS, pois avalia diversos parâmetros da estrutura existente, seu estado operacional, a existência de projeto, o tempo de operação, condições de topografia e solo de fundações, entre outros, sendo mais criterioso na definição dos prazos de reavaliações.
5 CONCLUSÕES
Com a conclusão das inspeções e a consequente análise dos dados e classificações, percebe-se que as barragens do sistema FECOERGS estão, em sua maioria, em condições muito boas, pois grande parte das anomalias encontradas não
comprometem a segurança estrutural da barragem analisada.
Devido a avaliação de ambos os métodos, propôe-se que a metodologia usada nessas barragens, para a classificação das mesmas devido ao potencial de risco, seja o Método da Matriz Potencial de Risco (COGERH/CE).
AGRADECIMENTOS
A FECOERGS, que possibilitou que o trabalho pudesse ser realizado.
A Universidade de Passo Fundo pelo auxílio no desenvolvimento do trabalho.
A FINEP pelo apoio financeiro para realização do projeto.
REFERÊNCIAS
Brasil. Projeto de Lei Nº 1.181, de 2003. Estabelece diretrizes para verificação da segurança de barragens de cursos de água para quaisquer fins e para aterros de contenção de resíduos líquidos industriais. In: Menescal, R. de A. (Org.). A Segurança de Barragens
e a Gestão de Recursos Hídricos no Brasil. Brasília:
Ministério da Integração Nacional, 2004. p. 229-301. Menescal, L, R. de A. et al. 2004. Diagnóstico da
Segurança de Barragens no Brasil. In: A Segurança
de Barragens e a Gestão de Recursos Hídricos no Brasil. Brasília: Ministério da Integração Nacional. p.
289-297.
Barbosa, L. (Ministro). 2002. Manual de Segurança e
Inspeção de Barragens. Brasília: ministério da
