Aplicação da Metodologia de Registo de Riscos a um
Empreendimento em Construção
Maria Gabriel da Fonseca Nunes Pereira
Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Civil
Júri
Presidente: Professor Doutor Jaime Alberto dos Santos
Orientador: Professora Doutora Laura Maria Mello Saraiva Caldeira
Coorientador: Engenheiro António Rosa Saraiva
Vogal: Professor Doutor Emanuel José Maranha das Neves
Vogal: Professora Doutora Maria Rafaela Pinheiro Cardoso
RESUMO
O plano de gestão de risco engloba um conjunto de procedimentos a serem aplicados em cada uma das seguintes fases fundamentais: análise de risco; avaliação do risco e gestão do risco.
Na análise de risco são elencadas as causas dos perigos que podem estar presentes, analisadas as vulnerabilidades e deduzidos os eventos indesejáveis suscetíveis de ocorrer, bem como avaliadas a respetiva probabilidade e as consequências associadas. Com base nestes elementos procede-se ao cálculo do risco, dado pelo produto da probabilidade do evento pelas suas consequências. Por fim, a gestão envolve todas decisões tomadas pelos vários intervenientes, desde o planeamento ao término dos trabalhos, optando-se pelas melhores soluções, de forma a minimizar custos e rentabilizar todos os meios envolvidos com os mínimos riscos possíveis. Após a implementação destas soluções, os riscos são reavaliados, obtendo desta forma o seu valor residual.
Toda esta análise foi efetuada para as frentes de obra da estrutura da tomada de água de um circuito hidráulico de uma barragem, nomeadamente de taludes de escavação, paredes ancoradas, paredes pregadas, incumprimentos de planeamento, cortina de impermeabilização e ensecadeira.
É, por último, apresentado um conjunto de conclusões decorrentes da aplicação desta metodologia, bem como um conjunto de sugestões para futuros desenvolvimentos.
Palavras chave- gestão de risco, maciços rochosos, paredes ancoradas, paredes pregadas,
Abstract:
The risk management plan comprises a set of procedures to be implemented in each of the following key stages: risk analysis, risk assessment and risk management.
In risk analysis are listed the peril causes which may be present, are analyzed the vulnerabilities and less undesirable events likely to occur as well as are assessed the related probability and associated consequences. Based on these elements one proceeds to the calculation of risk, given by the product of the event probability and its consequences. Lastly, the management involves all decisions taken by the various players, from planning to the completion of assignments, choosing the best solutions in order to minimize costs and capitalize all means involved with the minimum possible risk. After implementing these solutions, risks are reassessed, thus obtaining its residual risk.
All the analysis was carried out for the work fronts of the water intake structure of a dam´s hydraulic circuit, namely excavation slopes, anchored walls, nailed walls, breaches in planning, cut-off curtain and cofferdam.
And lastly, submitting a set of conclusions resulting from the implementation of this methodology, as well as a set of suggestions for future developments.
Keywords- risk management, rock massif, anchored walls, nailed walls, unstable slopes and
Agradecimentos
Esta dissertação é o fruto de um trabalho conjunto, do aprender de conhecimentos e partilha de experiencias. A todos que tornaram possível e contribuíram para a sua realização, manifesto desde já, os meus agradecimentos.
Quero agradecer à Professora Doutora Engenheira Laura Caldeira, minha orientadora, por todo o apoio imprescindível, paciência e profunda simpatia, cujo modo de ser e estar motiva, inspira e faz sonhar futuros engenheiros como eu.
Ao engenheiro António Rosa Saraiva, orientador, a sua visão empresarial, experiência e conhecimentos de obra ajudaram na preparação desta dissertação.
Agradeço à Engenheira Ana Fortunato pelo seu acompanhamento incansável, indispensável em todo o trabalho.
Aos meus pais, Maria Perpétua e Manuel, agradeço tudo o que sou, a luta conjunta e o vencer de batalhas provam que não podia ter melhores pais, amigos e confidentes.
Agradeço à minha amiga Inês, todas as nossas conquistas, os bons e maus momentos partilhados.
À minha amiga, Maria José, agradeço a sua constante alegria e presença durante todo este trabalho.
Ao departamento de geotecnia, o Professor João Bilé Serra e Professor Filipe Telmo Jeremias, Professora Maria do Carmo e Professor Luís Miranda por toda a informação partilhada, esclarecimento de dúvidas e apoio imprescindível, não podendo deixar de agradecer à Paula Fonseca, Dina Brilhante, Fernanda Palma, Teresa Marques e Graça Mota pela paciência e apoio prestado.
Finalmente, the last but not the least, ao meu marido e companheiro, Hélder, que mesmo no outro hemisfério me apoiou incondicionalmente.
ÌNDICE
1
Introdução ... 15
1.1 Gestão de Risco ... 15
1.2 Plano de Gestão de Risco ... 16
1.3 A Obra ... 26
1.4 Tipos de risco ... 28
2
Maciços rochosos ... 31
2.1 Introdução ... 31
2.2 Descrição Geotécnica Básica- BGD ... 31
2.3 Classificação baseada no índice RMR ... 33
3
Tomada de Água ... 41
3.1 Enquadramento ... 41
3.2 Método Construtivo ... 42
3.2.1 Sequência das Escavações ... 42
3.3 Tipos de Rotura em Maciços Rochosos não Suportados ... 42
3.3.1 Rotura Planar ... 43
3.3.2 Rotura por Cunha ... 44
3.3.3 Rotura por Basculamento ... 45
3.3.4 Rotura Circular ... 45
3.3.5 Queda de Blocos ... 46
3.4 Contenções flexíveis ... 49
3.4.1 Tipos de Rotura em Paredes Ancoradas ... 49
3.4.2 Tipos de Rotura em Paredes Pregadas ... 55
3.5 Análise e Gestão dos Riscos ... 60
3.5.1 Instabilidade Global ... 62
3.5.2 Rotura em paredes ancoradas ... 68
3.5.3 Rotura das paredes armadas pregadas ... 71
3.6 Materialização dos Riscos ... 76
4
Acesso à Entrada da Tomada de Água ... 79
4.1 Descrição da Obra ... 79
4.2 Análise e Gestão dos Riscos ... 80
4.2.1 Risco de Incumprimento do Planeamento ... 81
5
Ensecadeira da Tomada de Água ... 87
5.1 Descrição da Obra ... 87
5.2 Processo Construtivo ... 88
5.2.1 Fundação da Ensecadeira ... 89
5.2.2 Corpo da ensecadeira ... 91
5.3.1 Rotura ou perda de funcionalidade do maciço de fundação do encontro esquerdo ... 93
5.3.2 Rotura ou perda de funcionalidade da cortina de impermeabilização ... 99
5.3.1 Instabilidade global da barragem ... 103
5.3.2 Perda de funcionalidade ... 108
5.3.3 Galgamento ... 113
6
Conclusão ... 119
ÌNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1- Vista aérea da barragem de Salamonde [3] ... 26
Figura 1.2- Implantação geral do reforço de potência de Salamonde II [4] ... 26
Figura 1.3- Implantação do descarregador de cheias complementar [4] ... 27
Figura 1.4- Planta da estrutura da tomada de água [4] ... 28
Figura 1.5- Planta da ensecadeira da tomada de água [4] ... 29
Figura 1.6 - Corte da estrutura da tomada de água, com o poço das comportas e trecho de adução [4] ... 29
Figura 2.1- Planta de localização do talude AB escavado [4] ... 32
Figura 2.2- Cartografia Geológico–geotécnica [6] ... 33
Figura 2.3 - Determinação de “RQD”[7] ... 35
Figura 2.4 - Estimativa do módulo de deformabilidade do maciço rochoso em função do índice RMR [5] ... 39
Figura 3.1- Planta do Plano de escavação da Tomada de água [9] ... 42
Figura 3.2- Corte A do plano de escavação da tomada de água [9] ... 43
Figura 3.3 - Rotura planar [10] ... 44
Figura 3.4 - Rotura por cunha [11] ... 44
Figura 3.5 - Rotura por basculamento [11]... 45
Figura 3.6 - Rotura circular [11] ... 46
Figura 3.7 - Queda livre de blocos [11] ... 47
Figura 3.8- Rolamento de blocos [11] ... 47
Figura 3.9- Desplacamento de blocos [10] ... 48
Figura 3.10- Exemplo de uma ancoragem [12] ... 50
Figura 3.11- Instabilidade global [12] ... 51
Figura 3.12- Rotura da parede de betão armado [12] ... 51
Figura 3.13- Rotura das armaduras [12] ... 52
Figura 3.14- Rotura do bolbo de selagem [12] ... 53
Figura 3.15- Deformabilidade excessiva do terreno suportado [12] ... 54
Figura 3.16- Perda de funcionalidade do sistema de drenagem interna e superficial [12] ... 54
Figura 3.17- Exemplo de uma pregagem [14] ... 56
Figura 3.18- Instabilidade global [14] ... 56
Figura 3.19- Rotura por arrancamento das pregagens [14] ... 57
Figura 3.20- Rotura por corte das pregagens [14] ... 58
Figura 3.21- Perda de funcionalidade do sistema de drenagem interna e superficial [14] ... 58
Figura 3.22- Rotura por resistência insuficiente do revestimento de betão [14] ... 59
Figura 3.23- Rotura por ligação deficiente entre a armadura e a parede [14] ... 59
Figura 3.24- Pormenor das pregagens/ ancoragens à cota 283 [17] ... 76
Figura 3.25- Muro betão armado moldado (esquisso 6) [18] ... 77
Figura 4.2- Planta do muro ancorado e proteção do talude do acesso à tomada de água [19] ... 80
Figura 4.3- Corte do muro ancorado [19] ... 80
Figura 5.1- Ensecadeira da tomada de água em construção ... 87
Figura 5.2- Ensecadeira da Tomada de Água [23] ... 88
Figura 5.3 - Forma do ensaio do modelo reduzido- vistas frontal e em planta [22] ... 88
Figura 5.4- Cortina de impermeabilização da ensecadeira da tomada de água [23] ... 89
Figura 5.5- Corte transversal tipo da Cortina de impermeabilização [23] ... 90
Figura 5.6-Localização dos furos de Injeção [23] ... 91
Figura 5.7- Construção da ensecadeira da tomada de água ... 92
Figura 5.8- Betonagem da ensecadeira com a telebelt ... 92
Figura 5.9- Pormenor de infiltração de água nas juntas de betonagem [25] ... 93
ÌNDICE DE TABELAS
Tabela 1.1- Escala a adotar para a probabilidade de ocorrência dos riscos [2] ... 17
Tabela 1.2 - Escala a adotar para as consequências [2] ... 18
Tabela 1.3- Relação entre a escala de riscos e a escala de probabilidades de consequências [2] ... 19
Tabela 1.4- Escala a adotar para os riscos e medidas gerais de controlo de riscos [2] ... 20
Tabela 1.5- Ficha de Análise de riscos [2] ... 23
Tabela 1.6- - Ficha dos riscos materializados [2] ... 25
Tabela 2.1- Grau de alteração de maciços rochosos [5] ... 32
Tabela 2.2- Grau de fraturação de maciços rochosos [5] ... 32
Tabela 2.3- Classificação geomecânica “RMRbásico” [5] ... 34
Tabela 2.4- Classificação da condição das descontinuidades “RMRbásico” [5] ... 35
Tabela 2.5- Efeito da orientação das descontinuidades “RMR” [5]... 36
Tabela 2.6- Índices de RMRbásico para o talude de escavação da Figura 2.1- Planta de localização do talude AB escavado ... 37
Tabela 2.7- Classes de maciços rochosos de acordo com o valor de “RMR” [5] ... 38
Tabela 2.8- Índices de RMR para o talude de escavação da Figura 2.1- Planta de localização do talude AB escavado ... 38
Tabela 3.1- Códigos das fichas de registo de risco prévias à execução das escavações na estrutura de entrada da tomada de água ... 62
Tabela 3.2- Ficha de análise de riscos, referente ao código 1.1.1 [16] ... 65
Tabela 3.3- Ficha de análise de riscos, referente ao código 1.1.2 [16] ... 69
Tabela 3.4- Ficha de análise de riscos, referente ao código 1.1.3 [16] ... 73
Tabela 3.5- Ficha de riscos materializados no talude frontal entre as cotas (273) e (265) [16] ... 78
Tabela 4.1- Códigos das fichas de registo de risco prévias à execução do acesso à entrada da tomada de água ... 81
Tabela 4.2- Ficha de análise de riscos, referente ao código 2.2.1 [20] ... 83
Tabela 5.1- Códigos das fichas de registo de risco prévias à execução da ensecadeira da tomada de água ... 96
Tabela 5.2- Ficha de análise de riscos, referente ao código 3.1.3.[16] ... 97
Tabela 5.3- Ficha de análise de riscos, referente ao código 3.1.4. [16] ... 101
Tabela 5.4- Ficha de análise de riscos, referente ao código 3.4.1. [16] ... 105
Tabela 5.5- Ficha de análise de riscos, referente ao código 3.4.2.[16] ... 111
1
Introdução
1.1 Gestão de Risco
Os problemas geotécnicos continuam a ser os principais responsáveis pelo prolongamento do prazo e acréscimo do custo da maioria das obras na área de construção civil. Uma adequada gestão do risco possibilita um maior controlo dos problemas que podem surgir durante e depois da construção.
O risco advém do produto entre dois fatores relevantes: a probabilidade de ocorrência de um evento ou de uma sequência de eventos adversos e a gravidade das consequências associadas, originando um vasto leque de efeitos negativos, desde danos económicos até à perda de vidas [1].
O risco pode ser controlado, minimizado, partilhado, aceite mas nunca deve ser ignorado. Uma gestão sistemática do risco permite a identificação, a análise e o controlo dos problemas, permitindo desenvolver as melhores soluções para uma eficiente prevenção e redução do risco, para níveis aceitáveis, ou mesmo a sua eliminação, evitando também o esquecimento de procedimentos e garantindo que todas as medidas previstas são atempadamente tomadas [1].
A consciência do risco e das suas implicações tem de ser partilhada por todos os intervenientes na obra, desde o dono da obra, o(s) projetista(s), e/ou construtor, por forma a encontrar as soluções mais eficientes que minimizem os efeitos ou que otimizem os processos.
Os três conjuntos de intervenientes devem elaborar, de comum acordo, o plano de gestão de risco, tendo em conta o grau de incerteza associado à falta de informação com a qual o projeto é elaborado, pois a perceção do terreno é baseada em amostragens pontuais, podendo certas características variar de modo considerável espacialmente, quer na horizontal ou quer na vertical. A sua elaboração obriga a uma investigação do local, considerando os dados prévios deduzidos a partir de cartas geológicas e prospeções anteriores, da presença do nível freático e da história do local. Os modelos conceptuais resultantes são cruciais para a identificação dos métodos e das características da obra, tal como para a identificação atempada de todos os riscos. Neste contexto, salienta-se a importância dos consultores de risco de cada um dos intervenientes para um melhor controlo e acompanhamento logo desde a fase de anteprojeto [1].
O dono de uma obra deve ter ideias claras sobre os seus objetivos, necessidades e nível de incerteza que está preparado para aceitar, podendo contratar um gestor de projeto que desempenhe o seu papel. Precisa de garantir a implementação de um sistema de gestão de risco desde o planeamento até ao final da obra, podendo este também influenciar o plano de segurança e saúde, plano ambiental e os riscos financeiros. Deve também decidir quem vai assumir os vários riscos da obra, podendo alguns ser objeto de seguro, ainda que a maior responsabilidade deva ser assumida tanto pelo dono da obra como pelo construtor. Para garantir que todos os procedimentos de risco são implementados, é fundamental que o dono da obra tenha um papel ativo em todo o desenvolvimento do empreendimento. Custos adicionais resultantes de comportamento imprevisto do terreno podem levar, não apenas a disputas e conflitos no decurso da construção, como a uma dispendiosa arbitragem ou a processos jurídicos que se prolongam mesmo depois de finalizada a obra. Deve, assim, ser dada especial atenção a todos os pontos do contrato, podendo mesmo recorrer a contratos
parcelares e por objetivos que facilitam o processo de negociação. Os pequenos donos de obra precisam de ser mais cuidadosos e exigentes na seleção de contratos adequados e na obtenção de dados geotécnicos, uma vez que são economicamente mais vulneráveis [1].
Um bom projeto de engenharia fornece uma das mais eficazes maneiras de controlar o risco geotécnico. O projetista deve reconhecer que as condições do solo são sempre incertas, variando de lugar para lugar e com a profundidade, devendo assim adotar estratégias que sejam válidas para lidar com esse problema. É essencial que o projeto seja sistemático na identificação dos riscos e dos
respetivos responsáveis,de forma a refletir uma expressão consciente e cuidadosa das necessidades
e tolerância ao risco por parte do dono de obra. Isto implica uma identificação dos perigos e das suas consequências em obra, a seleção de formas eficazes de construção para otimizar o desempenho, a redução de custos e prazos e, se possível, a diminuição da vulnerabilidade do projeto a flutuações das condições do terreno, através de um planeamento adequado da prospeção do terreno, não só antes da construção como durante a mesma. Todos estes fatores são, em suma, indispensáveis para o sucesso do empreendimento [1].
O construtor fica na maioria das obras responsável por grande parte dos riscos geotécnicos. No entanto, se estes forem bem identificados e controlados podem também representar uma oportunidade de lucro. Uma gestão de risco tendo em conta as condicionantes geotécnicas presentes permite igualmente uma eficaz utilização dos recursos [1].
Uma adicional fonte de risco está associada a trabalhos temporários devido aos, em geral, menores níveis de segurança, a diferentes métodos construtivos e a diferenças entre o previsto e a realidade que se vem a descobrir. Uma forma de diminuir esses riscos consiste na elaboração de projetos flexíveis juntamente com a prospeção, a observação e a caracterização das condições do terreno durante a construção. Estes trabalhos podem permitir também identificar oportunidades onde um reajuste do projeto pode conduzir a condições mais seguras de trabalho, mais rápidas e mais económicas [1].
Desta forma um plano de gestão de risco, descrito seguidamente, promove a identificação, a quantificação e a classificação de todos os riscos inerentes em todas as fases da obra, assim como a atribuição de responsabilidades aos respetivos intervenientes, desde o dono de obra, ao projetista e aos empreiteiros.
1.2 Plano de Gestão de Risco
O plano de gestão de risco engloba um conjunto de procedimentos a serem aplicados em cada uma das seguintes fases fundamentais:
- análise de risco; - avaliação do risco; - gestão do risco.
A análise de risco consiste na identificação e quantificação dos vários tipos de riscos. Para tal, são elencadas as causas dos perigos que podem estar presentes na construção, analisadas as vulnerabilidades presentes e deduzidos os eventos indesejáveis suscetíveis de ocorrer, bem como a respetiva probabilidade de ocorrência, e as consequências associadas. Com base nestes elementos
procede-se ao cálculo do risco, dado pelo produto da probabilidade do evento pelas suas consequências [2].
No presente estudo, o risco é avaliado de uma forma qualitativa, com base em escalas associadas a intervalos de variação das probabilidades e de severidade das consequências. Esta severidade é avaliada em função dos custos, dos prazos e da imagem e reputação das entidades envolvidas. Para a presente classificação da probabilidade de ocorrência de risco foi adotada a escala de 1 a 5, descrita na Tabela 1.1.
Tabela 1.1- Escala a adotar para a probabilidade de ocorrência dos riscos [2]
Escala Classificação Probabilidade de ocorrência por secção da obra
5 Quase certo > 50%
4 Muito provável 30-50%
3 Provável 10-30%
2 Pouco Provável 2-10%
1 Raro <2%
Esta tabela foi construída tendo em conta a distribuição normal ou de Gauss. Em obras definitivas, o valor cálculo fixado nos Eurocódigos para o dimensionamento de estruturas correntes está associado a uma probabilidade de 1% de ser excedido, ou seja, a uma probabilidade de 1% de se atingir o estado limite último, aqui, considerado como evento indesejável. Neste caso de estudo, uma vez que se tratam de obras temporárias, considerou-se como valor limite para este tipo de estados limites último, o dobro da referida probabilidade (2%). Eventos com probabilidade inferior a esse valor são classificados como raros, entre 2 e 10% como pouco prováveis, entre 10 e 30% como prováveis, entre 30 e 50% como muito prováveis e superior a 50% como quase certos ou inevitáveis. Os eventos prováveis a inevitáveis deverão ser sempre objeto de análise detalhada, uma vez que acarretam consequências esperadas.
A Tabela 1.2 apresenta a escala de consequências adotada para as suas diferentes componentes. Dadas as condicionantes do projeto relativas a compromissos de produção de energia assumidos, que implicam que a qualquer atraso de entrada em exploração estejam associados elevados prejuízos e coimas, no cálculo das consequências pode-se constatar que o aumento do prazo de execução das atividades em análise é mais gravoso do que o acréscimo do custo das mesmas. Uma rigorosa avaliação da componente do prazo implicaria uma análise integrada de todas as atividades construtivas, o que está para além dos objetivos da presente dissertação. Assim, de modo a refletir esta preocupação, assumiu-se, simplificadamente, o aumento de prazo de execução das atividades individuais, garantindo-se que, se este for cumprido, o prazo global de execução da obra não será aumentado. Não será abordada a capacidade de recuperação do prazo de uma atividade por diminuição do tempo de execução de outra que se lhe segue, nem considerado explicitamente se a referida atividade se encontra no caminho crítico da empreitada. Esta consideração será indiretamente ponderada pela atribuição de valores de consequências superiores. [2]
Tabela 1.2 - Escala a adotar para as consequências [2]
Escala Classificação Descrição
Aumento do custo das atividades em análise (%) Aumento do prazo de execução das atividades em análise (%) Imagem e reputação 5 Muito elevado
Danos muito elevados em componentes definitivas das obras, que poderão conduzir a atrasos e sobrecustos muitos elevados. >25% >15% Cobertura adversa a níveis nacional e internacional; intervenção governamental; inquietude maior do público em geral.
4 Elevado
Danos elevados em componentes definitivas das obras, que poderão conduzir a atrasos e sobrecustos
elevados.
15-25% 10-15%
Cobertura adversa a nível nacional; intervenção
governamental; intervenção da administração do dono da
obra e/ou do construtor.
3 Moderado
Danos moderados em componentes definitivas das obras, que poderão conduzir a atrasos e sobrecustos
moderados.
5-15% 4-10%
Cobertura adversa a nível regional, intervenção da direção do dono da obra
e/ou do construtor
2 Baixo
Danos localizados. Condicionamentos dos trabalhos que poderão conduzir a atrasos e sobrecustos baixos.
2-5% 2-4%
Cobertura adversa a nível local; reportação à direção dono da obra e/ou do
construtor
1 Muito baixo
Danos localizados. Condicionamentos dos trabalhos mínimos, de fácil
resolução com atrasos e sobrecustos muito baixos.
<2% <2% Sem atenção dos meios
de comunicação
A componente imagem e reputação das entidades envolvidas pretende tratar consequências com relevância social, como a ocorrência de perdas de vidas e ferimentos, a afetação da propriedade de terceiros ou do processo construtivo com gravidade, as quais poderão ter reflexos em meios de comunicação social e causar danos futuros ao dono de obra e ao Construtor [2].
A escala desta tabela encontra-se também compreendida entre os valores de 1 a 5, em que o valor mínimo de 1, reflete-se numa classificação muito baixa, cujos danos localizados causam um condicionamento mínimo dos trabalhos e as respetivas resoluções são fáceis, com atrasos e sobrecustos muito baixos, e que não causam nenhuma atenção dos meios de comunicação, passando despercebidos [2].
O valor 2 indica um nível de consequências baixo, com danos também localizados. No entanto, o condicionamento dos trabalhos e respetivas soluções poderão conduzir a atrasos e sobrecustos baixos, refletindo uma variação entre 2 e 5% nos custos da atividade e entre 2 e 4% no
respetivo acréscimo de prazo. Neste caso, a imagem/reputação já são alvos de cobertura adversa a nível local e a sua ocorrência poderá ser reportada à direção do dono de obra ou do construtor [2].
A escala de valor 3 traduz-se numa classificação moderada, sendo os danos moderados em componentes definitivas das obras, que poderão conduzir a atrasos e sobrecustos moderados. Os custos de tais atividades assumem acréscimos entre os 5 e os 15% e os seus atrasos situam-se entre os 4 e os 10%. Poderá ocorrer uma cobertura adversa a nível regional, podendo ser necessária a intervenção da direção do dono de obra ou do construtor [2].
Em penúltimo lugar está o valor 4, com uma classificação elevada, que descreve danos elevados também em componentes definitivas das obras, que poderão conduzir a sobrecustos e atrasos elevados, com um aumento, respetivamente, entre 15 e 25% e 10 e 15%. Ao nível da imagem e reputação uma é considerada provável a existência de uma cobertura adversa a nível nacional e fundamental a intervenção da administração do dono de obra e do construtor [2].
Finalmente, o valor 5, cuja classificação muito elevada traduz-se em danos muito elevados nas componentes definitivas das obras, que poderão conduzir a custos com aumentos superiores a 25% e atrasos construtivos superiores a 15%. Dada a dimensão do evento considerado é provável que desperte um interesse a nível nacional e internacional, sendo tal acontecimento nefasto para a imagem e a reputação das entidades envolvidas, uma vez que provoca agitação no público em geral [2].
Do produto entre o valor da probabilidade de ocorrência dos eventos pelo valor das suas consequências, obtêm-se uma quantificação do valor do risco, que varia de 1 a 25, como está representado na Tabela 1.3, sendo as cores uma forma expressiva de avaliar o risco – o verde associado à ausência de risco relevante e, no oposto da tabela, o vermelho que alerta para o perigo máximo [2].
Tabela 1.3- Relação entre a escala de riscos e a escala de probabilidades de consequências [2]
Escala de riscos Escala de consequências
Escala de probabilidades 1 2 3 4 5 1 1 2 3 4 5 2 2 4 6 8 10 3 3 6 9 12 15 4 4 8 12 16 20 5 5 10 15 20 25
A avaliação do risco tendo por base estes valores, origina uma classificação que pode ir desde o trivial ao intolerável. Quando o risco é considerado trivial (1-4) não é necessário tomar qualquer medida de controlo, moderado (5-9) recomenda-se uma observação, não sendo necessário tomar medidas a não ser que estas representem uma oportunidade de minimização de custos ou de prazos. No caso dos riscos significativos (10-14), considerados como toleráveis, deve ser levada a efeito uma análise e implementadas medidas de controlo de baixo custo. Procede-se à suspensão dos trabalhos quando se está perante riscos substanciais (15-19) ou riscos intoleráveis (20-25), sendo imperativo a implementação de medidas que reduzam o risco, (Tabela 1.4) [2].
Tabela 1.4- Escala a adotar para os riscos e medidas gerais de controlo de riscos [2]
A etapa seguinte é a gestão do risco, a qual consiste na identificação de medidas de minimização ou de eliminação do risco. Assim, com base em cada tipo de risco e respetiva escala, é
indicado um conjunto de respostas pré-definidas, na qual são reconhecidos os procedimentos, meios
e condições de aplicação, por forma a controlar e diminuir o risco inicial, bem como avaliado o risco residual, o qual deve ser suficientemente reduzido [2].
Por último identificam-se os responsáveis pela gestão de risco, que devem decidir se e quando tais medidas ou procedimentos devem ser implementados antes e/ou no decorrer dos respetivos trabalhos. Deve-se salientar que uma medida tomada antecipadamente pode levar à eliminação do problema (prevenção), enquanto uma resposta no decorrer da obra tem como papel principal minimizar os efeitos, diminuindo ao mínimo o risco do seu impacte [2].
A gestão do risco tem de estar, assim, presente e interveniente em todas as decisões da obra, desde o planeamento até ao término dos trabalhos, optando-se pelas melhores soluções, de forma a minimizar custos e rentabilizar todos os meios envolvidos com os mínimos riscos possíveis.
Depois de aplicada a resposta planeada, é efetuada uma nova avaliação do risco, sendo o risco residual avaliado mais uma vez do ponto de vista da probabilidade de ocorrência e suas consequências até que este seja aceitável ou, em casos excecionais, tolerável [2].
Nesta obra, a metodologia adotada foi a do registo de todos os riscos, materializada através da elaboração das respetivas fichas de análises de riscos e nas fichas dos riscos materializados [2].
As fichas de registo de risco (Tabela 1.5) contêm, assim, todos os dados descritos na gestão dos riscos, sendo uma poderosa forma de controlar os riscos presentes em obra, constituindo assim como uma prevenção ou solução imediata dos problemas que possam surgir, podendo ser consultados por todos os intervenientes da obra. A sua aplicação sistemática poderá adicionalmente contribuir para um aperfeiçoamento contínuo do processo de gestão de riscos. Estas fichas têm como principal função apresentar de uma forma clara e simples toda a informação referente ao estudo elaborado pelos analistas de risco [2].
Escala Classificação Ação a desenvolver
1-4 Trivial Nenhuma medida de controlo. Recomendável a adoção de medidas de deteção.
5-9 Moderado Consideração de soluções mais eficientes ou introdução de melhorias, preferencialmente sem custos extra.
10-14 Significativo
Identificação e avaliação de medidas de controlo dos riscos de custos baixos a moderados e de procedimentos de atuação para situações de
materialização dos riscos em análise.
15-19 Substancial
O trabalho não é reiniciado sem que o risco tenha sido reduzido. Identificação e avaliação de medidas de controlo dos riscos, a implementar
necessariamente. 20-25 Ou efeitos potencialmente catastróficos Intolerável
O trabalho não é reiniciado sem que o risco tenha sido reduzido. Identificação e avaliação das medidas de controlo dos riscos a implementar. O risco residual deve ser reduzido para, pelo menos, moderado. Se o risco não puder
Por sua vez, as fichas dos riscos materializados (Tabela 1.6) são uma forma de registar todos os problemas que ocorrem na obra e relacioná-los com as fichas de registo de risco previamente desenvolvidas. As fichas dos riscos materializados contêm a descrição dos riscos, as causas prováveis e as respetivas consequências, bem como o valor do risco real ao nível de probabilidade e de consequências. Também incluem as formas de controlo alvo de estudo e as medidas implementadas devidamente registadas e datadas. Estas fichas permitem não só uma documentação e acompanhamento atempado de todos os incidentes e acidentes decorrentes dos trabalhos, mas também uma forma de prever novos incidentes semelhantes, que serão tidos em consideração nas atividades futuras de gestão de risco [2].
A metodologia de gestão de risco descrito é aplicada de forma ilustrativa ao reforço de potência da barragem de Salamonde, que se descreve muito sucintamente no subcapítulo seguinte.
Tabela 1.5- Ficha de Análise de riscos [2]
RESPOSTA PLANEADA
DESCRIÇÃO CAUSAS Custos Prazos Imagem /
Reputação Custos Prazos
Imagem /
Reputação (Procedimentos, meios e condições de aplicação) Prob. Sev. RISCO PERIGO
VULNERABILIDADES EVENTO
INDESEJÁVEL CONSEQUÊNCIAS PROBABILIDADE
SEVERIDADE RISCO RISCO RESIDUAL
Tabela 1.6- - Ficha dos riscos materializados [2]
RISCOS OBSERVADOS NO DECURSO DA CONSTRUÇÃO
Frente de trabalho
SUBSISTEMA
Descrição
Causas prováveis
Consequências
Risco real Probabilidade: Consequências: Risco:
Controlo do risco
Medidas implementadas
Data Medidas
Risco residual Probabilidade: Consequências: Risco:
Observações
1.3 A Obra
Tendo como base a metodologia descrita, a presente dissertação aplica a análise de risco à construção da tomada de água do reforço de potência da barragem de Salamonde. Esta barragem é constituída por um arco, com 75 metros de altura, e entrou em funcionamento em 1953, sendo implantada no leito do rio Cávado, no concelho de Vieira do Minho, no distrito de Braga (Figura 1.1).
Figura 1.1- Vista aérea da barragem de Salamonde [3]
Do ponto de vista geológico, a obra está inserida maioritariamente num maciço granítico, com alguns depósitos superficiais, sendo que nas primeiras dezenas de metros este maciço se encontra muito alterado e fraturado, com uma resistência moderada, passando em profundidade a um maciço são, pouco fraturado e de elevada resistência [2].
O reforço da potência aproveitará a queda entre as albufeiras de Salamonde (nível de pleno armazenamento (NPA) à cota 270,36 m) e de Caniçada (NPA à cota 152,50 m), com um desnível médio de 118 m, como esquematicamente se apresenta na Figura 1.2 (Caniçada à esquerda e Salamonde à direita) [2].
Figura 1.2- Implantação geral do reforço de potência de Salamonde II [4]
Também na Figura 1.2 se representam as estruturas já existentes – como a barragem de Salamonde, a central (no esquema designada por antiga central), o caminho de acesso à restituição e a estrada de acesso à central – e as obras a construir, designadamente, a ponte sobre o rio Cávado,
o canal de restituição, a estrutura da restituição, o túnel de restituição, o túnel de acesso à central, a central, o trecho de adução, a tomada de água, a chaminé de equilíbrio e a escombreira. A empreitada inclui ainda a execução de um descarregador de cheias complementar, situado na margem direita da barragem, o qual está representado na Figura 1.3, cujo projeto foi elaborado por um outro projetista. O projeto contempla ainda a construção de 3 ensecadeiras – a da tomada de água, a da Restituição e a ensecadeira do descarregador de cheias complementar – indispensáveis à realização dos vários trabalhos [4].
Figura 1.3- Implantação do descarregador de cheias complementar [4]
Dado ser o objeto do presente trabalho, descrevem-se, seguidamente, as obras associadas, em particular, à execução da tomada de água: estrutura de entrada, ensecadeira, poço de adução e trecho de adução, bem como algumas obras complementares.
Para a construção da estrutura de entrada da tomada de água será necessário efetuar um conjunto de escavações à superfície (modelando o terreno em vários taludes e plataformas) e realizar um túnel a partir de um emboquilhamento. Esta estrutura, em betão armado, disporá de comportas de fecho, a serem inseridas no túnel a partir de um poço com início numa plataforma a cota superior (277 m). A este túnel seguem-se o poço e o trecho de adução, que fazem a ligação à central (equipada com grupo reversível). À central segue-se o túnel de restituição, a estrutura da restituição e o seu respetivo canal [4].
Todo o circuito hidráulico, com cerca de 2 km de comprimento, tem captação por turbinagem na tomada de água, imediatamente a montante da barragem, e restituição na albufeira de Caniçada. O respetivo trecho de adução terá comprimento de 200 m. Por sua vez, a central subterrânea será implantada em caverna abobadada à profundidade aproximada de 200 m, localizada a cerca de 150 m a sul do encontro esquerdo da barragem de Salamonde. Dadas as características do maciço nesta zona, não foi previsto qualquer revestimento da central, para além do recurso a suportes pontuais do maciço e à colocação dum teto falso para recolha das águas de infiltração [4].
O túnel de restituição (com 1910 m de comprimento), sub-horizontal ao longo da maior parte do percurso, apresenta uma pendente de 10% junto à restituição de Caniçada. Dado o caráter reversível do circuito, a restituição pode funcionar também como adutora. Na outra extremidade encontra-se a chaminé de equilíbrio deste túnel, em forma cilíndrica, com uma altura de 50 m e
diâmetro de 20 m. A adoção de um sistema reversível visa obter maiores lucros, aproveitando as horas de vazio para repor parte da água na barragem de Salamonde, turbinando-a no restante horário por um valor mais elevado [4].
Estima-se um volume de escavação (essencialmente rocha) a conduzir a depósito definitivo de perto de 800 000 m3. Para tal, no vale atual do rio Mau, formar-se-á uma escombreira, cuja geometria será conseguida numa sequência de talude e de plataforma capaz de assegurar a estabilidade do depósito e uma adequada recuperação paisagística, sendo necessário proceder ao desvio desse rio, para um canal em betão armado [4].
Esta tese incide numa frente específica de trabalho – a tomada de água (Figura 1.4), uma vez que esta contempla um amplo conjunto de trabalhos distintos presentes na obra, assim como os seus riscos inerentes. Estes trabalhos incluem escavações e contenções de taludes, a construção da ensecadeira e o tratamento das suas fundações, outros trabalhos que não foram alvo deste estudo em concreto são a realização de um emboquilhamento de forma convergente do túnel, a escavação dos túneis da estrutura de entrada e do trecho de adução, a construção do poço das comportas, construído pelo método NATM, e do poço de adução vertical, executado pelo método raise boring, cujas soluções e processos de construção necessitam de um vasto leque de equipamentos e recursos técnicos e profissionais [4].
Figura 1.4- Planta da estrutura da tomada de água [4]
Para ser possível a construção da tomada de água é necessário realizar uma ensecadeira provisória em betão (Figura 1.5) que será analisada em pormenor no capítulo 5 desta dissertação. As estruturas de entrada da tomada de água, o seu emboquilhamento, a ligação com o poço das comportas e sua conexão ao trecho de adução serão estudadas no capítulo 6 (Figura 1.6).
1.4 Tipos de risco
No âmbito deste estudo, os principais risco a considerar são os riscos de projecto, os riscos relativos a obras temporárias e os riscos decorrentes de subcontratação do consórcio de construção, incluindo projetos e construção.
Figura 1.5- Planta da ensecadeira da tomada de água [4]
Figura 1.6 - Corte da estrutura da tomada de água, com o poço das comportas e trecho de adução [4]
Os riscos de projeto englobam todos os eventuais problemas de origem geotécnica relacionada com a obra que devem ser analisados e revistos no decorrer dos trabalhos, uma vez que as condições do solo nem sempre são as esperadas e por vezes as soluções não são as mais adequadas, sendo necessário um ajuste.
Os riscos de obras temporárias são controlados através de projetos flexíveis, de um acompanhamento de especialistas atentos e da realização de prospeção, de observação e de caracterização das condições do terreno sempre que necessário. Deste modo, pode ser adotada uma construção mais segura, rápida e económica, assim como podem surgir eventuais oportunidades em alternativa ao projeto inicial.
Os projetos e trabalhos subcontratados devem ter em conta as condições do solo, e os respectivos responsáveis devem integrar o painel de gestão de risco de forma a adotarem as melhores decisões e controlarem os riscos inerentes [2].
Um dos aspetos fundamentais da análise de risco é a prospeção, o reconhecimento e a classificação do terreno, de modo a ser possível avaliar o comportamento esperado no decurso da execução da obra e identificar os mecanismos de rotura associados às condições geotécnicas prevalecentes, ao processo construtivo proposto e à obra em concreto a executar.
Os maciços (essencialmente rochosos) encontrados foram objeto de análise, de cartografia e de classificação adequada. De forma à melhor compreensão da metodologia de classificação adotada, no capítulo 2 são sucintamente descritas as várias classificações dos maciços rochosos atualmente utilizadas, destacando-se o índice de qualidade denominado Rock Mass Rating (RMR).
2 Maciços rochosos
2.1 Introdução
Os maciços de terreno subdividem-se em dois grandes grupos: os solos e as rochas. Para os solos existem diversas classificações que permitem inferir o seu comportamento, sendo a mais utilizada a Classificação Unificada dos Solos. Para a escavação de maciços rochosos recorre-se essencialmente a uma descrição básica do maciço (BGD – Basic Geotechnical Description) e à classificação baseada no índice RMR (Rock Mass Rating) desenvolvido por Bieniawski (1976).
Numa fase inicial do estudo, fase do projeto, é usual elaborar-se uma classificação geológica que permita uma visão geral do maciço, sendo um ponto de partida para uma análise mais aprofundada ao nível da engenharia e para a proposta de um zonamento geotécnica, onde são incluídos parâmetros como a caracterização geológica, a espessura de camadas, o espaçamento entre fraturas, e que pretendem dar uma descrição clara do comportamento do maciço rochoso.
Estes estudos foram pioneiros em túneis, sendo a referida classificação deduzida para estes tipos de obras. No entanto, posteriormente foi efetuada a respetiva extrapolação e adaptação para taludes de escavação, sendo de seguida apresentada em pormenor.
2.2 Descrição Geotécnica Básica- BGD
O comportamento do maciço rochoso é, numa primeira análise, condicionado pelo seu estado de alteração (Tabela 2.1) e de fraturação (Tabela 2.2).
Os estados de alteração e de fraturação do maciço costumam ser analisados, na fase de projeto, com base em amostras obtidas por sondagens com recuperação contínua e, na fase de construção, com base na cartografia geotécnica.
Para determinar o estado de alteração de uma rocha utiliza-se um martelo de mão, com o objetivo de testar a sua resistência, ou observa-se simplesmente a coloração e o brilho de certos minerais, como o feldspato ou os minerais ferromagnesianos. Este estado de alteração pode variar desde o estado são (W1), em que a rocha não apresenta qualquer sinal de alteração, até ao estado
decomposto (W5), com um comportamento próximo de um solo, uma vez que o maciço se apresenta
completamente friável. Os estados intermédios (W2, W3 e W4)encontram-se descritos na Tabela 2.1. Por vezes, a distinção entre os estados descritos não é clara, optando-se nestes casos por
classificações com dupla numeração, como por exemplo W3-4, que significa que o maciço em estudo
possui um estado entre as classificações W3 e W4 [5].
Por sua vez, o estado de fracturação de um maciço baseia-se, em geral, no espaçamento entre diáclases.
O estado de fraturação de uma rocha oscila entre F1 a F5. No primeiro as fraturas encontram-se muito afastadas, com um espaçamento superior a 2,0 m, em oposição ao estado F5 para o qual as fraturas se encontram muito próximas, com espaçamentos inferiores a 0,06 m. Por sua vez, os estados intermédios encontram-se discriminados na Tabela 2.2. Quando um maciço rochoso numa determinada área apresenta fraturas com espaçamentos compreendidos entre duas
designações também é adotada uma designação mista. Por exemplo, um estado de fraturação entre
F3 e F4, designa-se como F3-4.
Tabela 2.1- Grau de alteração de maciços rochosos [5]
Símbolos Designações Características
W1 São Sem quaisquer sinais de alteração
W2 Pouco alterado
Sinais de alteração apenas nas imediações das descontinuidades
W3 Medianamente alterado
Alteração visível em todo o maciço rochoso, mas a rocha não é friável
W4 Muito alterado
Alteração visível em todo o maciço e a rocha é parcialmente friável
W5 Decomposto (saibro)
O maciço apresenta-se completamente friável com comportamento de solo
Tabela 2.2 - Grau de fraturação de maciços rochosos [5]
Símbolos Intervalo entre fraturas (m) Designação
F1 >2,00 Muito afastadas
F2 0,60-2,00 Afastadas
F3 0,20-0,60 Medianamente afastadas
F4 0,06-0,20 Próximas
F5 <0,06 Muito próximas
A título de exemplo apresenta-se, na Figura 2.2, uma cartografia geológico-geotécnica obtida na escavação localizada no talude frontal AB da tomada de água (Figura 2.1) à cota 268 m. O granito do Gerês é a rocha predominante. Trata-se de um granito porfiroide de grão grosseiro, biotitico, de cor acinzentada, com intercalações de uma rocha episienitica, de cor avermelhada, resultante da alteração hidrotermal do granito do Gerês.
Figura 2.1- Planta de localização do talude AB escavado [4]
Inicialmente o terreno é dividido em zonas de características diferenciadas, a classificar separadamente, sendo as suas fronteiras definidas por falhas, mudança do tipo de rocha ou mesmo mudança das respetivas características dentro do mesmo tipo de rocha.
Na Figura 2.2, podem-se observar 4 zonas distintas, que subsequentemente se descrevem:
Zona 1/Zona 3: constituído por 3 zonas (A, B e C) com características distintas. Na zona mais
zona B a alteração e a fraturação são mais intensas – W4-5 e F5. Por último, na zona A a alteração é do tipo W3 e a fraturação F4.
Figura 2.2- Cartografia Geológico–geotécnica [6]
Zona 2 / Zona 4: o maciço apresenta uma alteração W5, sendo considerado como um saibro devido ao seu elevado estado de decomposição, completamente friável, comportando-se como um solo. O seu estado de fraturação elevado corresponde a uma classificação F5. À superfície ocorre uma camada de solo residual, representada com a cor castanha.
2.3 Classificação baseada no índice RMR
A determinação do índice RMR baseia-se numa classificação geomecânica que incide sobre a atribuição de um peso a cada um dos seis parâmetros seguintes:
1. resistência à compressão uniaxial da rocha; 2. índice de qualidade RQD;
3. espaçamento das descontinuidades; 4. condições das descontinuidades;
5. condições de percolação das águas subterrâneas; 6. orientação das descontinuidades.
A soma dos primeiros cinco pesos origina o RMRbásico, que, em conjugação com o último (orientação das descontinuidades), dá origem ao RMR [5].
A Tabela 2.3 permite determinar os pesos referentes aos 5 primeiros parâmetros. No entanto, se existir uma descrição mais pormenorizada do parâmetro Condições das descontinuidades, o seu valor pode ser obtido pela soma dos pesos descritos na Tabela 2.4. Como pode observar-se, a melhor qualidade do maciço está associada a maiores valores dos pesos para cada um dos parâmetros considerados.
Tabela 2.3 - Classificação geomecânica “RMRbásico” [5] Parâmetros Coeficientes 1 Resistência da rocha intacta Carga
pontual >10 MPa 4-10 MPa 2-4 MPa 1-2 MPa
Compressão uniaxial Compressão
Uniaxial >250 MPa 100-250 MPa 50-100 MPa 25-50 MPa
5-25 MPa 1-5 MPa < 1 MPa Pesos 15 12 7 4 2 1 0 2 R.Q.D. 90-100% 75-90% 50-75% 25-50% < 25% Pesos 20 17 13 8 3 3 Espaçamento das descontinuidades >2 m 0,6-2 m 200-600 mm 60-200 mm < 60 mm Pesos 20 15 10 8 5 4 Condições das descontinuidades Superfícies muito rugosas, sem separação, paredes de rocha não alteradas Superfícies ligeiramente rugosas, separação <1 mm, paredes ligeiramente alteradas Superfícies ligeiramente rugosas, separação <1mm, paredes muito alteradas Superfícies polidas ou enchimento com espessura <5mm ou juntas contínuas com separação 1-5mm Enchimento mole com espessura > 5 mm ou juntas contínuas com separação > 5 mm Pesos 30 25 20 10 0 5 Presença de água Caudal por 10m de comprimento do Túnel
nenhum < 10 l/min 10-25 l/min 25-125 l/min >125 l/min
Relação pressão da água vs tensão principal máxima 0 <0,1 0,1-0,2 0,2-0,5 >0,5 Condições gerais Completamente seco Água
intersticial Húmido Escorrimentos Entrada de água
Pesos 15 10 7 4 0
Ao primeiro parâmetro está associado um peso que varia de 0 a 15, conforme o valor obtido em ensaios de carga pontual ou de compressão uniaxial da matriz rochosa. Por exemplo, a um provete de rocha com uma resistência no ensaio de carga pontual entre os 4 e os 10 MPa ou no ensaio de compressão uniaxial de 100 a 250 MPa será atribuído de 12.
O parâmetro correspondente ao índice de qualidade RQD (Figura 2.3) é definido como o quociente, em percentagem, entre o somatório dos troços dos tarolos de sondagem com comprimentos superiores a 100 mm e o comprimento total furado, determinados em cada operação. Esta determinação é efetuada em sondagens de diâmetro superior a 55 mm, obtidas através de amostradores com parede dupla ou tripla, de acordo com o tipo de terreno.
Consoante o valor de RQD obtido, atribui-se um peso, como se pode constatar através da
O espaçamento das descontinuidades, referente ao 3º parâmetro, pode ser superior a 2 m, assumindo nesse caso o peso o valor máximo de 20, ou inferior a 0,06 m, com um valor mínimo igual a 5. Todos os valores intermédios encontram-se discriminados na Tabela 2.3.
L-Comprimento total furado numa manobra
Neste exemplo:
Figura 2.3 – Determinação de “RQD”[7]
Tabela 2.4 - Classificação da condição das descontinuidades “RMRbásico” [5]
Comprimento da descontinuidade (persistência) < 1m 1-3 m 3-10 m 10.20 m >20 m Peso 6 4 2 1 0 Separação (abertura) Nenhuma < 0,1 mm 0,1-1,0 mm 1-5 mm >5 mm Peso 6 5 4 1 0
Rugosidade Muito rugoso Rugoso Ligeiramente
rugoso Quase liso Liso
Peso 6 5 3 1 0 Enchimento Nenhum Duro com espessura <5 mm Duro com espessura >5 mm Mole com espessura <5 mm Mole com espessura >5 mm Peso 6 4 2 2 0
Grau de alteração Não alteradas Ligeiramente alteradas
Moderadamente
alteradas Muito alteradas
Em decomposição
Peso 6 5 3 1 0
O 4º parâmetro diz respeito a condições das descontinuidades e pode ser obtido de duas formas distintas – diretamente, de uma forma mais expedita e rápida por simples observação e utilizando a medição da abertura e o tipo de enchimento presente (Tabela 2.3), ou através da soma de 5 pesos (Tabela 2.4). No primeiro caso, a classificação das superfícies das paredes das descontinuidades varia entre muito rugosas, polidas ou com enchimento mole com espessura superior a 5 mm, com pesos associados que variam entre 30 a 0. No método alternativo são considerados parâmetros como o comprimento, a separação, a rugosidade, o enchimento da descontinuidade e o grau de alteração das suas paredes, originando, cada qual, um peso parcelar, cuja soma que dá o peso que descreve a condição das descontinuidades.
A presença de água, em termos de caudais afluentes e pressões intersticiais relativamente ao estado de tensão do maciço, corresponde ao parâmetro 5. Como se indica na Tabela 2.3, o seu peso varia entre os valores de 0 e 15.
A soma destes 5 parâmetros gera o RMRbásico. Por último, o último fator corretor do somatório,
orientação das descontinuidades, pretende traduzir a medida em que esta orientação é mais ou
menos favorável em relação à orientação prevista para a escavação. O seu valor, que contrariamente aos pesos anteriores toma valores nulos ou negativos, é dado na Tabela 2.5. Somado com os restantes, obtêm-se o valor final de RMR.
Tabela 2.5 - Efeito da orientação das descontinuidades “RMR” [5] Direção perpendicular ao eixo do túnel Direcção paralela ao eixo do túnel
Inclinação 0-20° Abertura do túnel no sentido
da inclinação
Abertura do túnel no sentido
inverso da inclinação Inclinação 45-90° Inclinação 20-45° Inclinação 45-90° Inclinação 20-45° Inclinação 45-90° Inclinação 20-45° Muito
favorável Favorável Razoável Desfavorável
Muito
desfavorável Razoável Razoável Orientação das
descontinuidades
Muito
favorável Favorável Razoável Desfavorável
Muito desfavorável Pesos Túneis e minas 0 -2 -5 -10 -12 Fundações 0 -2 -7 -15 -25 Taludes 0 -5 -25 -50 -60
No caso do exemplo apresentado anteriormente na Figura 2.2, determinaram-se as classificações dos conjuntos de zonas 1 e 3 e 2 e 4.
Na primeira classificação, zonas 1 e 3, o RMR assume 3 valores diferentes nas camadas A, B e C consideradas (ver Tabela 2.6).
Na camada mais superficial, denominada de C, o índice RMRbásico assume o valor de 38, resultante da soma dos seguintes pesos;
4, para o 1º parâmetro, dado que a resistência à compressão uniaxial apresenta um valor entre 20 a 30 MPa;
8, para o segundo, uma vez que a percentagem de RQD se encontra-se entre os 25% a 30%;
10, para o espaçamento observado entre as descontinuidade, que se fixa-se entre 0,20 a 0,60 m
0, para as condições das descontinuidades, pois apesar de se caracterizarem como rugosas a ligeiramente rugosas, irregulares, com paredes moderadamente a muito alteradas, apresentam um enchimento areno-argiloso, com uma espessura superior a 5 mm, que condiciona totalmente a sua resistência na eventualidade de um possível deslizamento (ver Tabela 2.6).
15, para o parâmetro 5, referente à presença de água, uma vez que as descontinuidades se encontravam completamente secas.
Semelhante análise foi efetuada para as restantes zonas (Tabela 2.6), salientando-se o facto
de nas Zona 1 e 3, nomeadamente nas respetivas camadas, seria de esperar um valor de RMRbásico
crescente em profundidade. Tal não se verifica, possivelmente devido à existência de diáclases e infiltrações de água, que tornaram o maciço intermédio, designado B, de qualidade inferior ao sobrejacente e ao sobrejacente. Também se pode concluir que as Zonas 2 e 4, devido ao seu elevado estado de alteração e de fraturação , apresentam valores do índice RMRbásico relativamente baixos [5].
Tabela 2.6- Índices de RMRbásico para o talude de escavação da Figura 2.1- Planta de localização
do talude AB escavado
Zona 1/ Zona 3
Zona 2/ Zona 4
A B C
Valor Peso Valor Peso Valor Peso Valor Peso
1 RCU (MPa) 20 a 30 4 <10 2 30 a 40 4 <2 1 2 RQD (%) 25 a 30 8 10 a 25 3 30 a 35 8 <10 3 3 Espaçamento das descontinuidades (cm) 20 a 60 10 <6 5 6 a 20 8 <6 5 4 Condições das descontinuidades Enchimento mole com espessura >5mm 0 Enchimento mole com espessura >5mm 0 Enchimento mole com espessura >5mm 0 Enchimento mole com espessura >5mm 0
5 Presença de água Seco 15 Seco 15 Seco 15 Seco 15
TOTAL 37 25 35 24
Em função do valor RMR obtido, é atribuído ao maciço rochoso uma das cinco classes descritas na Tabela 2.7. Através desta classificação são obtidas indicações do tempo médio de auto-sustentação para túneis não revestidos em função do respectivo vão ou em taludes de escavação. Podem igualmente ser inferidas estimativas das características resistentes do maciço rochoso (coesão e ângulo de atrito).
Com base na Tabela 2.7, se o valor final do RMR se encontra com valores compreendidos entre 100-81 (classe I), o maciço rochoso será de muito boa qualidade, com uma coesão superior a 400 kPa e um ângulo de atrito maior que 45º, permitindo a execução de túneis não revestidos, com cerca de 15 m de vão, auto-sustentáveis por cerca de duas décadas.
Por sua vez, se o valor se encontrar entre 80-61 (classe II), a rocha é de boa qualidade, com coesão entre 300 e 400 kPa e ângulo de atrito entre 35º e 45º. O maciço será autoportante durante cerca de um ano para túneis não revestido com vãos de cerca de 10 m.
No entanto, se o valor de RMR se situar entre os valores de 60-41, esse tempo desce consideravelmente para cerca de uma semana, para túneis não revestidos com vãos de cerca 5 m, o maciço rochoso será razoável (classe III), com uma coesão entre 200 e 300 kPa e o ângulo de atrito entre 25º e 35º.
Tabela 2.7 - Classes de maciços rochosos de acordo com o valor de “RMR” [5]
RMR 100-81 80-61 60-41 40-21 <21
Classe I II III IV V
Descrição Maciço rochoso muito bom Maciço rochoso bom Maciço rochoso razoável Maciço rochoso fraco Maciço rochoso muito fraco Tempo médio para aguentar sem suporte 20 anos para 15 m de vão 1 ano para 10 m de vão 1 semana para 5 m de vão 10 horas para 2,5 m de vão 30 minutos para 1 m de vão Tensões efetivas do maciço rochoso (kPa) >400 300-400 200-300 100-200 <100 Ângulo de atrito do maciço rochoso (°) >45 35-45 25-35 15-25 <15
Para valores de RMR entre 40-21, o maciço rochoso torna-se fraco, pertencendo à classe IV, sendo que não se autossustenta por mais de 10 horas, em túneis com vãos máximos de 2,5 m, sem contenção apropriada. Apresenta um valor entre 100 e 200 kPa de coesão e entre 15º e 25º de ângulo de atrito.
Em último lugar na classificação, com valores inferiores a 21, tem-se um maciço rochoso muito fraco (classe V), que não se sustenta mais de 30 minutos, mesmo que os vãos sejam muito reduzido, uma vez que possui uma coesão inferior a 100 kPa e um ângulo de atrito inferior a 15º.
Finalmente, no exemplo alvo de análise, o efeito da orientação das descontinuidades assume um papel favorável, sendo que as descontinuidades do talude, Figura 2.1, têm um sentido que não favorece o deslizamento do maciço, sendo a sua inclinação no sentido contrário ao da escavação. Assim, de acordo com a Tabela 2.5, o valor final de RMR será igual ao valor RMRbásico descontado do peso de 5 (Tabela 2.8), sendo este valor de -5 referente ao parâmetro 6, efeito da orientação das descontinuidades, analisado anteriormente na Tabela 2.5.
Tabela 2.8- Índices de RMR para o talude de escavação da Figura 2.1- Planta de localização do talude AB escavado Zona 1/ Zona 3 Zona 2/ Zona 4 A B C RMRbásico 37 25 35 24 RMR 32 20 35 19
Com base na classificação presente na Tabela 2.8, as Zonas 1 e 3 pertencem à classe IV, descrevendo-se como um maciço rochoso fraco de reduzidas capacidades autoportantes, com valores de coesão entre 100 e 200 kPa e ângulo de atrito entre 15º e 25º, salientando a camada B que assume um valor mesmo no limite desta classificação. Por sua vez, nas Zonas 2 e 4, o seu reduzido valor comprova, mais uma vez, que o maciço em questão é muito fraco (classe V), estando muito próximo de um solo, com reduzida capacidade de suporte – coesão inferior a 100 kPa e ângulo de atrito inferior a 15º (Tabela 2.8).
Finalmente, o índice RMR pode ser correlacionado com o valor do módulo de deformabilidade do maciço rochoso através de equações, representadas no Figura 2.4 das quais se destacam duas, a de Bieniawski (1978)
e a de Serafim e Pereira (1983)
.
Figura 2.4 - Estimativa do módulo de deformabilidade do maciço rochoso em função do índice RMR [5]
3 Tomada de Água
3.1 Enquadramento
Como referido anteriormente, este trabalho incide numa zona específica – a tomada de água, uma vez que esta contém um variado conjunto de trabalhos presentes na obra, sendo aqui abordados os seus riscos inerentes.
De acordo com a folha 6A da Carta Geológica de Portugal, a zona enquadra-se na unidade denominada “Granito do Gerês”, caracterizada por possuir quartzo e feldspato potássico rosado na sua constituição, sendo, em geral, uma rocha de grão médio a grosseiro, coberta por depósitos superficiais com maior ou menor expressão. De acordo com o projeto, o maciço granítico encontra-se, até aos 50 m de profundidade, muito a medianamente alterado (W4 a W3) e por vezes decomposto (W5), tendo fraturas muito próximas a mediamente afastadas (F4 a F3), com valores de RQD superiores a 25%, e possuindo, em geral, uma resistência à compressão uniaxial inferior a 45 MPa.
Em profundidade, entre os 50 a 70m, o maciço encontra-se medianamente alterado a são (W3 a W1)
e com fraturas medianamente afastadas a afastadas (F3 a F1-2), com valores de RQD entre 70 e 100% e com uma resistência à compressão uniaxial da ordem dos 60 a 100 MPa. Em profundidade as diáclases ocorrem, em regra, com pequena continuidade, medianamente afastadas e fechadas, sem enchimento e húmidas [8].
Em particular na zona da tomada de água, o maciço apresenta-se são a pouco alterado (W1 a
W2) e com fraturas apenas a profundidades entre os 40 a 60 m. Na direção N-S é cortado por uma
falha com cerca de 0,10 m de caixa. No encontro nascente da ensecadeira encontrou-se um depósito de escombros devidamente estabilizado através de um muro de alvenaria (inicialmente enterrado).
A tomada de água é constituída essencialmente pelas seguintes frentes de trabalho: estrada de acesso à entrada;
ensecadeira;
estrutura da entrada.
Estas diferentes frentes de trabalho serão estudadas em capítulos independentes na presente dissertação com o objetivo de compreender os vários métodos de construção associados, dificuldades encontradas, plano de gestão de riscos e medidas tomadas antes e durante a construção.
Para ser possível a construção da tomada de água é necessário realizar um conjunto de escavações para modelação do terreno e uma ensecadeira de betão. Durante a construção e a demolição desta ensecadeira existe um condicionamento na exploração da albufeira de Salamonde, com o nível da albufeira limitado à cota 247 m.
3.2 Método Construtivo
3.2.1 Sequência das Escavações
As escavações dos taludes e das plataformas necessárias para a materialização da tomada de água, realizadas entre as cotas 283 e 248 m, foram efetuadas em 5 fases. Na Figura 3.1 indica-se esquematicamente a sua sequência e as respetivas cotas.
Os trabalhos decorreram preferencialmente da cota superior até à inferior. No entanto, entre as cotas 283 e 273 m, parte da escavação foi retomada no final, ou seja na 5ª fase, dado que era imperativo o avanço da escavação em profundidade para a execução da ensecadeira e do próprio emboquilhamento da tomada de água dentro dos prazos definidos.
Figura 3.1 - Planta do Plano de escavação da Tomada de água [9]
A Figura 3.2 contém o corte A assinalado na Figura 3.1 e permite ter uma perceção da inserção da estrutura de entrada, do emboquilhamento, do poço das comportas, do trecho de adução da tomada de água no talude e das respetivas escavações.
De forma a controlar os riscos inerentes a estes trabalhos de escavação, procede-se à sua identificação, quantificação e registo nas respetivas fichas. Ao todo foram elaboradas 16 fichas de registo de risco (Fluxograma 1 e Tabela 3.1).
Para melhor se compreender os perigos associados às fichas em análise, nomeadamente à primeira que aborda a instabilidade global das escavações, de seguida apresentam-se os vários tipos de modos de rotura possíveis em maciços rochosos.
3.3 Tipos de Rotura em Maciços Rochosos não Suportados
Associados aos trabalhos de escavação em maciços rochosos podem surgir diferentes tipos de rotura condicionados pelo grau de fraturação, pela orientação e espaçamento das
descontinuidades do maciço, sendo que, nos maciços rochosos resistentes, as descontinuidades representam o principal do mecanismo de rotura, enquanto que, nos maciços pouco competentes, a matriz desempenha assume esse papel.
Figura 3.2- Corte A do plano de escavação da tomada de água [9]
Assim, em maciços rochosos podem distinguir-se os seguintes tipos de modos de rotura, objeto de desenvolvimento na sequência:
rotura planar; rotura em cunha;
rotura por basculamento; rotura circular;
queda de blocos.
3.3.1 Rotura Planar
Este tipo de rutura está associado a uma descontinuidade pré-existente, que pode ser um plano de estratificação, uma diaclase tectónica ou uma falha, sendo o ângulo do talude (ψ) superior ao da descontinuidade (ω), como se pode observar na Figura 3.3 (ψ>ω), e este por sua vez maior que o ângulo de atrito da descontinuidade (ω>ϕ). Na origem deste tipo de deslizamento pode estar um plano que aflora na face ou no pé do talude, com ou sem uma fenda de tração, ou uma rutura por um plano paralelo à face do talude por erosão ou perda da resistência do pé do talude.
Este tipo de rotura pode provocar perdas de vida, ferimentos, graves danos nos equipamentos ou na frente de obra, consoante as dimensões e localização dos planos e a massa rochosa que é desprendida, provocando, quase sempre, perda de rendimento ou paragem dos trabalhos na zona afetada.
De forma a prevenir este risco, para além da cartografia geológico-geotécnica sistemática, pode ser necessária a realização de escavações faseadas, o suporte provisório do maciço, bem como, se existir água no maciço, a adoção ou o reforço do sistema de drenagem, em paralelo como
