UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE RECURSOS HÍDRICOS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL (RECURSOS HÍDRICOS)
MARCOS VINICIUS NUNES SAMPAIO
SEGURANÇA DE BARRAGENS DE TERRA: UM RELATO DA EXPÊRIENCIA DO PIAUI.
MARCOS VINICIUS NUNES SAMPAIO
SEGURANÇA DE BARRAGENS DE TERRA: UM RELATO DA EXPERIÊNCIA DO PIAUI.
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil (Recursos Hídricos) da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial à obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil. Área de concentração: Recursos Hídricos.
Orientador: Prof. PhD. José Nilson Beserra Campos.
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação Universidade Federal do Ceará
Biblioteca de Pós-Graduação em Engenharia - BPGE
S184s Sampaio, Marcos Vinicius Nunes.
Segurança de barragens de terra: um relato da experiência do Piauí / Marcos Vinicius Nunes Sampaio. – 2014.
76 p. : il. color., enc. ; 30 cm.
Dissertação (mestrado) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil: Recursos Hídricos, Fortaleza, 2014.
Área de Concentração: Recursos Hídricos. Orientação: Prof. Dr. José Nilson Beserra Campos.
1. Recursos hídricos. 2. Barragens de terra - Segurança. 3. Administração de risco. I. Título.
MARCOS VINICIUS NUNES SAMPAIO
SEGURANÇA DE BARRAGENS DE TERRA: UM RELATO DA EXPERIÊNCIA DO PIAUI.
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil (Recursos Hídricos) da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial à obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil. Área de concentração: Recursos Hídricos.
Aprovada em: 26/11/2014.
BANCA EXAMINADORA
________________________________________ Prof. PhD. José Nilson Beserra Campos (Orientador)
Universidade Federal do Ceará (UFC)
_________________________________________ Prof. Prof. Dr. Francisco Chagas da Silva Filho
Universidade Federal do Ceará (UFC)
_________________________________________ Prof. Prof. Dr. Antônio Nunes Miranda
A Deus.
AGRADECIMENTO
A Deus, por ser presença constante nos momentos difíceis e nos permitir superar os obstáculos com o olhar de esperança.
Ao Prof. PhD. José Nilson Beserra Campos, orientador e amigo, pelo apoio às minhas atividades de pesquisa, pela atenção especial.
Ao Coordenador do Minter, Prof. PhD. Marco Aurélio Holanda de Castro, pela dedicação e qualidade com que conduz seus trabalhos, as quais também enquadram aos demais professores que colaboraram com o programa (Francisco de Assis Sousa Filho, Iran Eduardo Lima Neto, Jose Capelo Neto, José Nilson Beserra Campos, John Kenedy de Araújo e Ticiana Marinho de Carvalho Studart) e demais participantes da banca examinadora.
Aos servidores da Prefeitura Universitária, em especial Maria José, irmã de coração, por incentivar-me a todo o momento.
Aos colegas da turma de mestrado (Antônio Filho, Barbara, Eveline, Gabriela, Israel, Jeferson, Joaosue, Francisco Reis, Viana e Wagner) pelo aprendizado e sugestões recebidas.
A toda minha família, em especial aos meus irmãos (Marcio e Marcelo) pelo companheirismo e palavras de incentivo e motivação.
“Nosso objetivo é destacar os diversos fatores que contribuem para a instalação de situações de risco e as ferramentas ao alcance dos agentes de fiscalização que, uma vez aplicadas, contribuem para a garantia da segurança do empreendimento.”
RESUMO
O presente trabalho busca compilar os fatores envolvidos na segurança de barragens de terra, identificando os principais tópicos relacionados à segurança e ao controle dos riscos que elas possuem. Apresenta um breve histórico do processo das regulamentações sobre segurança de barragem no cenário internacional e nacional, enfatizando a importância e os desafios no trato de questões legais que comprometem a segurança de nossas barragens. Faz uma exposição dos principais acidentes e incidentes registrados no período de formulação e tramitação da recente legislação aprovada no Brasil sobre segurança de barragens, Lei 12.334 de 20 de setembro de 2010. Descreve uma metodologia de avaliação de risco com seus princípios e vantagens. Apresenta um estudo sobre o rompimento da barragem de terra Algodões I, construída no município de Cocal, Norte do Estado do Piauí, enfatizando o histórico da obra, as características do empreendimento, aspectos de projeto e seus métodos construtivos. Faz uma análise dos elementos de segurança desta barragem com base na bibliografia consultada e aplicação da metodologia descrita, objetivando identificar o potencial de risco que a barragem representava antes do seu rompimento. A partir da investigação dos antecedentes e respectivas causas de vinculação remota e imediatas ao incidente é possível avaliar alguns dos fatores que contribuíram com o rompimento da barragem, subsidiado nos relatórios técnicos emitidos por especialista e/ou instituições competentes. O fator condicionante para o colapso da barragem Algodões I foi à ausência de um dispositivo legal imperativo e a necessidade de uma fiscalização intensa no cumprimento dos preceitos estabelecidos pela lei para garantir a segurança da barragem, e que devem ser levadas em consideração para evitar riscos de colapso no tipo de estrutura estudado, já que tal barragem representava um potencial de risco alto conforme metodologia especifica apresentada.
ABSTRACT
This study aims to compile the factors involved in safety earth dams, identifying key topics related to the security and control of the risks they have. Presents a brief history of the process of dam safety regulations in the international and national scene, emphasizing the importance and challenges in dealing with legal issues that compromise the safety of our dams. Gave a presentation of the main accidents and incidents recorded in the formulation and processing period of legislation passed in Brazil on dam safety, Law 12.334 of September 20, 2010. Describes a risk assessment methodology with its principles and advantages. Presents a study of the disruption of the earth dam Algodões I, built in the city of Cocal, North of Piauí State, emphasizing the history of the work, project characteristics, design features and their construction methods. An analysis of the security features of this dam based on bibliography and application of the described methodology in order to identify the potential risk that the dam stood before his break. From the research of the past and the causes of remote and immediate link to the incident is possible to evaluate some of the factors that contributed to the dam break, subsidized in the technical reports issued by expert and / or competent institutions. The determining factor for the collapse of Algodões I dam was the absence of a mandatory legal provision and the need for intensive supervision in compliance with the rules established by law to ensure dam safety, and that should be taken into account to avoid risk collapse on the type of structure studied, as this dam posed a high risk potential as specific methodology presented.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 01– Pilares básicos da segurança de barragens... 24
Figura 02– Esquema proposto para avaliação do potencial de risco... 29
Figura 03– Vertedouro Tipo Creager... 43
Figura 04– Projeto do Sangradouro... 44
Figura 05– Creager e muro de contato com o maciço... 45
Figura 06– Início de Deslizamento de Material no Sangradouro... 48
Figura 07– Sangradouro Obstruído... 49
Figura 08– Lâmina de sangria passando pelo sangradouro... 51
Figura 09– Queda da placa de concreto situada mais a jusante... 52
Figura 10– Rompimento da Barragem Algodões I... 53
Figura 11– Vista aérea de montante e jusante da Barragem Algodões I antes do Sinistro. 55 Figura 12– Vista aérea do sangradouro da Barragem Algodões I antes do Sinistro... 55
Figura 13– Vista aérea do sangradouro da Barragem Algodões I antes do Sinistro... 56
Figura 14– Vista aérea do sangradouro da Barragem Algodões I antes do Sinistro... 56
Figura 15– Vista do sangradouro da Barragem Algodões I antes do Sinistro... 56
Figura 16– Vista do sangradouro da Barragem Algodões I antes do Sinistro... 57
Figura 17– Vista do sangradouro da Barragem Algodões I antes do Sinistro... 57
Figura 18– Vista do sangradouro da Barragem Algodões I antes do Sinistro... 57
Figura 19– Vista do sangradouro da Barragem Algodões I antes do Sinistro... 58
Figura 20– Vista aérea da Barragem Algodões I antes do Sinistro... 58
Figura 21– Vista do sangradouro da Barragem Algodões I antes do Sinistro... 58
Figura 22– Vista aérea da Barragem Algodões I antes do Sinistro... 59
Figura 23– Vista aérea da Barragem apresentando o processo erosivo já em curso... 59
Figura 24– Vista aérea da Barragem apresentando o processo erosivo mais intenso... 59
Figura 25– Vista aérea da Barragem apresentando o processo erosivo mais intenso... 60
Figura 26– Vista aérea da Barragem apresentando o processo erosivo já me curso... 60
Figura 27– Deslocamento das placas de concreto do maciço da Barragem Algodoes I... 60
Figura 28– Vista aérea apresentando o elevado grau de erosão no maciço e ombreia... 61
Figura 29– Vista aérea de juzante, dias antes rompimento mostrando o vale do rio... 61
Figura 30– Vista da Barragem Algodões I no momento do rompimento... 62
Figura 32– Vista do sangradouro da Barragem Algodões I após o rompimento... 62
Figura 33– Vista do sangradouro da Barragem Algodões I após o rompimento... 63
Figura 34– Vista da parte juzante da Barragem Algodões I após o rompimento... 63
Figura 35– Vista do sangradouro da Barragem Algodões I após o rompimento... 63
Figura 36– Vista do sangradouro da Barragem Algodões I após o rompimento... 64
LISTA DE TABELAS
Tabela01– Classificação da consequência de ruptura de barragens... 26
Tabela02– Grau de Periculosidade (P)... 30
Tabela03– Vulnerabilidade (V), estado de condição atual da barragem... 31
Tabela04– Importância Estratégica (I)... 31
Tabela05– Potencial de Risco (PR)... 32
Tabela06– Frequência de Inspeções... 32
Tabela07– Índice de Magnitude de maior gravidade aceito para cada classe barragem.... 33
Tabela08– Critério "indicativo" para instrumentação... 33
Tabela09– Ficha Técnica da Barragem Algodões I... 36
Tabela10– Vazões máximas de saída... 39
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ... 13
2 REFERENCIAL TEÓRICO... 16
2.1 Regulamentações Internacionais... 16
2.2 Regulamentação Nacional... 17
2.3 Históricos de Rupturas de Barragens... 20
2.4 Estatísticas sobre Acidentes de Barragens..... 21
3 SEGURANÇA DE BARRAGENS ..……….……. 23
3.1 Risco e Segurança de Barragens... 25
3.2 Metodologia para Avaliação do Potencial de Risco em Barragens... 28
4 ESTUDO DE CASO: ROMPIMENTO DA BARRAGEM ALGODÕES I... 35
4.1 Histórico...... 35
4.2 Características da Barragem...... 35
4.3 Estudos Preliminares... 38
4.4 Métodos Construtivos... 40
4.4.1 Fundações.... 40
4.4.2 Maciço...... 41
4.4.3 Tomada D’ Agua.... 42
4.4.4 Sangradouro.... 42
4.5 Coleta de Informações e Analise das Ocorrências... 45
4.5.1 Talude de Montante...... 46
4.5.2 Talude de Jusante..... 46
4.5.3 Coroamento...... 46
4.5.4 Fundação...... 46
4.5.5 Maciço...... 46
4.5.6 Tomada d’Agua... 47
4.5.7 Sangradouro..... 48
4.6 Diagnostico das Causas do Sinistro... 53
5 AVALIAÇÃO DO POTENCIAL DE RISCO ALGODÕES I... 65
6 CONCLUSÃO... 68
1 INTRODUÇÃO
As barragens vêm ao longo do tempo desenvolvendo um papel social importante no sentido de promover a garantia de abastecimento de água e segurança de várias populações seja no cenário nacional ou mundial. No entanto, para o mínimo entendimento dos assuntos relacionados a estas barreiras artificiais que necessitam cada vez mais de métodos eficazes de segurança, é importante primeiramente entender o que vem a ser uma barragem. Nesse sentido, podem-se conceituar as barragens de maneira informal como sendo uma construção
no sentido de formar um barramento em um determinado curso d’água para que esta seja
represada para atender a várias finalidades. Sendo a água essencial para a grande maioria das atividades humanas, as barragens desempenham importante papel no desenvolvimento socioeconômico de uma região, especialmente daquelas que apresentam disponibilidade hídrica restrita, como é o caso do semiárido do Nordeste.
Atualmente, as principais discussões acerca das barragens estão relacionadas aos seus aspectos gerenciais: projetos, construção e manutenção, tendo como foco, a segurança, uma vez que, cada barragem apresenta um risco inerente à população localizada à jusante, tendo em vista o grande poder destrutivo da massa de água que pode ser liberada no caso de um colapso do barramento, poder este tanto maior quanto maior for à barragem e seu volume acumulado.
Assim, é imprescindível conhecer e que sejam tomadas todas as medidas necessárias para minorar o risco de ruptura, seja na fase de projeto, execução e operação. O presente trabalho busca compilar os fatores envolvidos na segurança de barragens e a qual garantem sua eficiência e segurança com relação aos riscos de arrombamento.
O objetivo geral do trabalho é a identificação dos principais tópicos relacionados ao controle da segurança das barragens.
São objetivos específicos:
• destacar a importância dos aspectos legais como ferramenta de controle dos eventos de incidentes e acidentes, assegurando mecanismos mais eficazes para a melhoria da segurança de barragens;
• descrição de metodologia para avaliação do potencial de risco apresentado por uma barragem;
ao incidente, subsidiado nos relatórios técnicos emitidos por especialista e/ou instituições competentes, inclusive avaliando o risco apresentado pela barragem antes de seu colapso a partir de metodologia específica pesquisada.
As justificativas para a elaboração deste trabalho são assentadas:
• o reconhecimento do elevado nível de problemas, responsável pelo estado geral de abandono de milhares de barragens brasileiras, com vulnerabilidades latentes em projetos, construção e operação de estruturas existentes;
• a ocorrência de colapso da Barragem Algodões I provocando prejuízos nas populações localizadas à jusante da mesma, inclusive mortes, foi incentivo ao estudo sobre segurança de barragem, e a motivação ao conhecimento das causas sobre rompimento da Barragem Algodoes I, ocorrido em 27 de maio de 2009 no município de Cocal-Pi.
O desenvolvimento do trabalho é composto de:
• levantamento bibliográfico, tendo como fundamentação teórica artigos, dissertações, teses, ou seja, diversas produções científicas voltadas para o assunto de segurança em barragens com ênfase às regulamentações no cenário nacional e internacional;
• descrição de metodologia existente de avaliação de riscos de barragens, análise da mesma e aplicação para avaliação da Barragem Algodões I quanto a seu nível de risco antes da ocorrência do seu rompimento;
• análise dos projetos existentes (Básico e/ou Executivo) para o levantamento e apreciação dos principais elementos da barragem escolhida para o estudo, das características pertinentes ao projeto (estudo geotécnico, hidráulico, hidrológico, etc.);
• estudo dos relatórios técnicos emitidos por especialista e/ou instituições competentes avaliando a obra após o seu rompimento, referenciado na reunião das informações narradas e declarações dos profissionais envolvidos nas diversas fases da obra.
O trabalho está dividido em seis capítulos principais, além da listagem da bibliografia consultada e de anexos pertinentes ao tema abordado.
O presente capítulo aborda os objetivos gerais e específicos, as justificativas pertinentes à realização do trabalho, assim como a metodologia adotada para obtenção dos dados pertinentes e desenvolvimento das conclusões do mesmo.
aumento do imenso passivo de estruturas de barragens em condições de insegurança e posteriormente é feita uma exposição sobre o histórico dos principais acidentes e incidentes registrados no período de formulação e tramitação da legislação recentemente aprovada no Brasil sobre segurança de Barragens, Lei Nº 12.334 de 20 de setembro de 2010 que estabelece a Política Nacional de Segurança de Barragens - PNSB e cria o Sistema Nacional de Informações sobre Segurança de Barragens – SNISB.
O terceiro capítulo trata sobre segurança de barragens propriamente dita abordando aspectos relacionados a segurança de barragem, bem como os fatores de riscos identificados, nas fases de projeto, construção e operação das mesmas. E também apresentada uma metodologia existente para avaliação de potencial de risco de barragens.
O quarto capítulo dispõe sobre o estudo referente à Barragem Algodões I, identificando todos os seus elementos de projeto, destacando os principais fatores responsáveis pelo colapso dessa estrutura levantados nos laudos técnicos elaborados pelos técnicos especialistas das instituições competentes que atuaram no caso.
O quinto capítulo apresenta uma aplicação prática utilizando a metodologia estudada para avaliar o potencial de risco que a barragem Algodões I apresentava antes do seu rompimento.
2 REFERENCIAL TEÓRICO
O estudo que segue baseia-se no material produzido pelo Prof. Carlos Henrique de A. C. Medeiros no âmbito do Convênio nº 001/ANA/2011 – SICONV nº 756001/2011, firmado entre a Agência Nacional de Águas - ANA e a Fundação Parque Tecnológico de Itaipu - Brasil – FPTI no ano de 2011, apresentando um breve histórico do processo evolutivo das regulamentações sobre segurança de barragem no cenário internacional, e enfatizando a importância da questão, bem como evidencia o atraso do Brasil no tratamento do assunto.
2.1 Regulamentações Internacionais
Na Inglaterra, a segurança das barragens foi regulamentada por Ato do Parlamento, em 1930; garantindo assim as ações de inspeção dessas estruturas, por engenheiro especialista em barragens. Dando continuidade aos trabalhos o governo britânico vem promovendo programas de avaliação da segurança dessas barragens, a luz do conhecimento técnico e ferramentas tecnológicas atuais, através do Building Research
Establishment (BRE).
Nos Estados Unidos, em 1929, após o acidente com a barragem Saint Francis, o Estado da Califórnia aprovou um programa de segurança de barragens. Posteriormente, ocorreram outros acidentes com barragens, causando perda de vidas e propriedades, fato que motivou a elaboração de legislações adicionais a nível estadual e federal. O Congresso Americano, em 1972, promulgou a Lei Publica 92-367, conhecida como a "Lei Nacional de Segurança de Barragem".
Na Austrália, o Australian National Committee on Large Dams (ANCOLD), publicou uma revisão dos documentos intitulados: Guidelines on Dam Safety Management e,
Guidelines on Risk Assessment, em 1994; com o objetivo de contribuir no planejamento,
projeto, construção e operação de grandes barragens.
No Canada, The Canadian Dam Association (CDA) publicou uma edição revisada
do Dam Safety Guidlines, contendo recomendações para avaliação de segurança de barragens
existentes, atentos a problemas de ordem construtiva e principalmente, no intuito de contribuir com a legislação e regulamentação sobre segurança de barragens (CDA, 1999).
Decreto-Lei No. 48.373/68, em 08/05/1968. Em 1990, o governo português instituiu um novo Regulamento para Segurança de Barragens, na forma de anexo ao Decreto-Lei No. 11/90 de 06/01/90. Em 1993 foi publicado um novo Regulamento de Pequenas Barragens, anexo ao Decreto Lei No. 409/93. Em 1999 foi publicada a Legislação Sobre Segurança de Barragens.
Na Espanha, em 1992 foi publicada a Legislacion Espanola Sobre Seguridad de
Presas, produzida pela Comission de Normas de Grandes Presas. Em 12 de marco de 1996,
por ordem ministerial, foi aprovado “El Regulamento Técnico sobre Seguridad y Emblases”.
2.2 Regulamentação Nacional
No Brasil, a década de 70 foi marcada por grandes obras de barragens e empolgação (anos dourados ou do milagre brasileiro), com os barragistas focados em hidrelétricas. Poucos dedicaram tempo ou tiveram oportunidade de enxergar as barragens do outro setor, também em franco crescimento e voltado para o atendimento do aumento da demanda por agua para abastecimento e irrigação. Neste setor, as equipes também ousaram, construindo grandes barragens e também, pequenas barragens, mas com grandes problemas e carentes em recursos técnicos e financeiros.
Na pratica esses dois setores não se conheciam ou mantinham entre si, uma distancia que impedia a troca de experiências e de conhecimento. Cabe lembrar que as barragens não identificam setor pobre do rico quando o assunto é ruptura. O aprendizado com o acidente pode ser replicado em qualquer outra estrutura, não importa qual seja a sua grandeza.
Segundo CARDIA, R. J. R. e ANDERAOS, A. (2012) existiram tentativas de se obter uma legislação adequada, desde 1977 (Decreto Lei N°. 10.752/77 SP), como consequência das rupturas de duas Barragens no rio Pardo, em São Paulo, mas que nunca foi regulamentado. O mesmo esforço foi dedicado através da Comissão de Deterioração e Recuperação de Barragens do Comitê Brasileiro de Grandes Barragens, desde 1986.
O PL No. 1181/2003 foi elaborado no GT de Segurança de Barragens, criado na Câmara Técnica de Estudos e Projetos (CTAP) do Conselho Nacional de Recursos Hídricos (CNRH) e aprovado apos sete anos de tramitação na Câmara dos Deputados. O próximo passo foi à aprovação no Senado Federal, na Comissão de Infraestrutura; com a designação de PLC No. 168.
Apos a aprovação no Senado Federal foi encaminhado para sanção da Presidência da Republica (em 21/09/2010), resultando na Lei No. 12.334. Infelizmente, ao longo desses 7 anos de espera assistimos aos graves acidentes e incidentes.
Os principais acidentes e incidentes registrados no período de formulação e tramitação da Lei No. 12.334 foram: Cataguases - MG (2003), Camará – PB (2004), Campos Novos - SC (2006), Mirai – MG (2007), UHE de Apertadinho – RO (2008), PCH Espora –
GO (2008), Algodoes I – PI (2009), PCH Bocaiuva (2010) e dezenas de barragens na região no nordeste (KANJI, M. A., 2004; SILVEIRA, J. F. A., 1999; 2001).
No Brasil, a legislação sobre segurança de Barragens é a recentemente aprovada Lei Nº 12.334 que estabelece a Politica Nacional de Segurança de Barragens, e passa a ser, desde 2010, o instrumento nacional para regular o setor de barragens no Brasil.
São fundamentos da Politica Nacional de Segurança de Barragens (PNSB): a segurança de uma barragem deve ser considerada nas suas fases de planejamento, projeto, construção, primeiro enchimento e primeiro vertimento, operação, desativação e de usos futuros; a população deve ser informada e estimulada a participar, direta ou indiretamente, das ações preventivas e emergenciais; o empreendedor e o responsável legal pela segurança da barragem, cabendo-lhe o desenvolvimento de ações para garanti-la; a promoção de mecanismos de participação e controle social e, que a segurança de uma barragem influi diretamente na sua sustentabilidade e no alcance de seus potenciais efeitos sociais e ambientais (BRASIL, 2010).
São instrumentos da PNSB: o sistema de classificação de barragens por categoria de risco e por dano potencial associado; o Plano de Segurança de Barragem (PSB); o Sistema Nacional de Informações sobre Segurança de Barragens (SNISB); o Sistema Nacional de Informações sobre o Meio Ambiente (SINIMA); o Cadastro Técnico Federal de Atividades e Instrumentos de Defesa Ambiental; o Cadastro Técnico Federal de Atividades Potencialmente Poluidoras ou Utilizadoras de Recursos Ambientais e o Relatório de Segurança de Barragens.
com base em critérios gerais estabelecidos pelo Conselho Nacional de Recursos Hídricos (CNRH). A classificação por categoria de dano potencial associado a barragem em alto, médio ou baixo será feita em função do potencial de perdas de vidas humanas e dos impactos econômicos, sociais e ambientais.
A lei coíbe a pratica da má engenharia e a participação de atores não qualificados para a consecução de projeto, construção e operação de barragens, um empreendimento complexo e de grande impacto sobre a sociedade, e se justifica na medida em que objetiva a
organização do “sistema” (conjunto de atores em torno do empreendimento) com amparo da legislação vigente e com o intuito de contribuir para o exercício da pratica profissional com responsabilidade e cidadania, tendo como foco os atores que: contratam, projetam, constroem, fiscalizam, operam e zelam pela segurança das barragens.
As barragens experimentam situações de operação que caracterizam risco para as comunidades situadas à jusante, durante a ocorrência de vazões acima do previsto em projeto,
que implica no “galgamento” ou liberação de grande volume de agua para a calha do rio a jusante, causando inundação e enchente; mesmo sem uma condição de colapso estrutural (rompimento da barragem). Isso determina a obrigatoriedade de elaboração do PSB e do PAE, atentos a condição de risco potencial e o dano potencial associado, na eventualidade de um acidente com rompimento. Deve-se observar também, a função, a importância estratégica e o porte da barragem (CARDIA, R. J. e ANDERAOS, A., 2012). E preciso compilar e adequar o conhecimento as nossas necessidades. Segurança e inversamente proporcional a risco. Os riscos são decorrentes de erros potenciais ou vulnerabilidade que por sua vez depende de uma serie de natureza dos erros devido a fatores técnicos e não técnicos. Dentre os fatores técnicos cabe destacar: o desconhecimento técnico-cientifico que na maioria dos casos, resultam da ausência absoluta de dados e/ou informações relevantes ao projeto; como por exemplo, a participação de empresas e/ou profissionais que se aventuram no desenvolvimento de estudos, projetos e obras de engenharia de barragens, sem a devida qualificação e especialidade.
Em muitas situações a responsabilidade técnica e legal dos atores é diluída ou de difícil apuração nos casos de insucessos, devido a fatores não técnicos - quando as decisões sobre o empreendimento sofrem influencias de ordem econômica e/ou politica, a exemplo de a contratação pelo critério de menor preço e negociações para a redução de prazos de projeto e construção.
desconhecimento das implicações técnicas implícitas ou por prioridades (DEKKER, 2002; REASON, 1997; MEDEIROS, 2012).
2.3 Históricos de Rupturas de Barragens
Segundo Menescal (2005), as barragens são obras geralmente associadas a um elevado potencial de risco devido à possibilidade de um eventual colapso, com consequências catastróficas para as estruturas das próprias barragens, ao meio ambiente, com destruição da fauna e da flora, e, principalmente, pela perda de vidas humanas.
A ruptura em barragens ocorre, muitas vezes, em período de cheia sendo as principais causas de ruptura de barragens de aterro: galgamento e erosão regressiva.
Galgamento é o transbordamento da água do reservatório através do coroamento, ocasionando ruptura do maciço de terra. Os principais fatores relacionados ao galgamento são: insuficiência do vertedouro ou sua obstrução; vazão não prevista a montante (MIRANDA, 2010).
Já a erosão regressiva consiste na desagregação de partículas de solo que compõem o corpo da barragem, provocada pela ação da água que percola no interior do maciço ou da fundação. A erosão regressiva também pode ocorrer a jusante do vertedouro. Os principais fatores que podem provocar a erosão regressiva são: camadas mal compactadas;
problemas na tubulação da tomada d’água; deficiência no sistema de drenagem interno;
camadas permeáveis ou fraturas na fundação (MIRANDA, 2010).
Um acidente entre os mais famosos e catastróficos afetou a barragem do Vajont (nordeste da Itália), em resultado do deslizamento de cerca de 240 milhões de m³ de rocha de uma encosta, provocando a morte de 2.600 pessoas no vale a jusante (PONCE e GIL, 2008).
No Brasil, tem-se o exemplo da barragem Campos Novos (MONTEIRO, 2006), de enrocamento com face de concreto, construída no Rio Pelotas, divisa dos Estados de Santa Catarina e Rio Grande do Sul. Tratava-se de uma das maiores barragens do mundo com um muro de mais de 200 metros de altura. Tal barragem enfrentava problemas de vazamentos desde 2005.
com represas que utilizaram a técnica do Concreto Compactado com Rolo (CCR), ocorrido por erosão progressiva (MIRANDA, 2010).
No Piauí, além do caso da barragem Algodões I, objeto de estudo deste trabalho, tem-se o caso da barragem Joana, em 2004, onde ocorreu o desenvolvimento de erosão regressiva (pipping), quase causando um acidente (MIRANDA, 2010).
O acidente da Barragem de Algodoes I, com perdas de vidas, danos econômicos, ambientais e a exposição pública de colegas de profissão, foi o divisor de aguas entre o ceticismo e o desejo de mudanças na conduta das ações focadas na consecução de empreendimentos de barragens. Foram grandes os prejuízos para a sociedade com reflexos negativos para o prestigio da engenharia brasileira, com destaque nos meios de comunicação que, paradoxalmente, contribuiu para momentos de reflexão sobre as nossas limitações e deficiências técnicas e/ou administrativas.
No Anexo I deste trabalho, é apresentada uma coletânea de acidentes, ocorridos no mundo, em barragens de vários tipos conforme legenda contida no anexo, compilada por Ladeira (2007).
O relato destes casos de ruínas e acidentes e seu entendimento são importantes, pois no campo das barragens muito foi aprendido pelos erros cometidos. A análise e o entendimento de alguns acidentes provocaram um grande avanço no conhecimento.
2.4 Estatísticas Sobre Acidentes de Barragens
O Boletim 99 da CIGB (1995) retrata algumas considerações sobre as estatísticas de acidentes e ruínas de barragens.
A determinação das causas da ruína nem sempre é fácil, e em muitos casos há mais de uma causa que leva ao colapso da barragem. No entanto, todas as análises estatísticas chegam a conclusões bastante coerentes sobre as principais causas.
Uma primeira conclusão importante é que 70% das rupturas ocorrem nos primeiros dez anos de vida da barragem.
A principal causa dos acidentes foi a insuficiente capacidade dos órgãos de descarga (vertedouro e descarregador de fundo), e secundariamente problemas estruturais ou de erosão das fundações.
risco de acordo com os resultados das estatísticas é a barragem de terra, pois ela é mais vulnerável na ocorrência de galgamento. Entre as barragens de concreto as mais seguras são as barragens em arco.
Portanto, as estatísticas indicam que as causas mais frequentes dos acidentes das barragens são relacionadas com os campos da geologia e hidrologia, nos quais existem as maiores incertezas e é mais difícil, se não impossível, ter um conhecimento completo, registram as causas mais frequentes dos acidentes das barragens.
Uma pesquisa recente sobre acidentes ou ruínas de pequenas barragens (SMALL DAMS, Design, Surveillance and Rehabilitation - Boletim da CIGB) mostrou os seguintes resultados:
Galgamento 65%
Erosão interna (piping) 12% Escorregamento de taludes 12% Outras causas 12%
Nesta segunda estatística aumentou a porcentagem atribuída ao galgamento, talvez devido ao fato de que para as pequenas barragens o tempo de retorno da enchente de projeto para dimensionamento do vertedouro é inferior ao calculado para as barragens de maior porte. Também se deve observar que a maioria das pequenas barragens é do tipo de aterro e, portanto mais sujeita ao colapso por galgamento.
A ruína por galgamento nas barragens de aterro pode ser atribuída a um evento muito raro ou a uma avaliação incorreta da enchente de projeto, resultando na construção de órgãos de descarga com capacidade insuficiente.
As outras duas causas, erosão interna e escorregamento, podem ser atribuídas a erros humanos na avaliação incorreta das propriedades do solo ou da fundação e/ou falhas na construção, e insuficiente controle de qualidade da compactação.
3 SEGURANÇA DE BARRAGENS
A segurança deve constituir o objetivo fundamental no projeto, construção e operação de barragens. Este deve ser referencial a ser buscado, uma vez que a ruptura de uma barragem pode ter consequências imensuráveis em termos de impactos socioeconômicos e ambientais.
Apesar de reduzido, o risco de ruptura de uma barragem constitui uma realidade potencial para tais empreendimentos. De acordo com o Boletim 99 do ICOLD (1995), a percentagem de ruptura de grandes barragens é de 2,2% para as barragens construídas antes de 1950 e de cerca de 0,5% para as construídas após esta data. A maior parte das rupturas, cerca de 70%, ocorreu com barragens nos seus primeiros 10 anos de operação e, mais especialmente, no primeiro ano após o comissionamento.
Foster et al. (1998) analisaram um total de 11.192 grandes barragens de enrocamento construídas até 1986, registrando 136 casos de ruptura neste universo. A frequência média de ruptura (nº total de rupturas / nº total de barragens) foi de 0,012, ou 0,011 se consideradas apenas as barragens que estavam em operação, ou seja, de cada 100 barragens construídas, uma se rompe. A frequência anual histórica foi de 4,5x10-4. Assim, para o mesmo grupo de 100 barragens, a probabilidade de ruptura anual é de 0,045, portanto, a cada 22 anos, uma barragem se romperia.
Figura 01 – Pilares básicos da segurança de barragens
Fonte: Biedermann, 1997.
Nas fases de projeto e construção, devem ser feitos investimentos de forma que os riscos associados a cada estrutura civil sejam minimizados. Entretanto, sabe-se que alguns riscos são inerentes à construção de uma barragem, como transbordamento por falha na operação dos extravasores ou envelhecimento dos materiais de construção.
Assim, mesmo sendo o projeto e construção adequados, existe um risco remanescente a ser controlado através de um processo de acompanhamento e avaliação permanentes do desempenho das estruturas. Este processo é usualmente denominado de auscultação de barragens, e engloba as atividades de observação, detecção e caracterização de eventuais deteriorações que possam aumentar o potencial de risco de uma estrutura (Fonseca, 2003). O objetivo final da auscultação é fornecer elementos para as avaliações do comportamento de barragens e indicar a necessidade de reparos para o restabelecimento das condições de segurança desejadas ou mesmo a necessidade de adoção de medidas emergenciais.
A auscultação de barragens tem como ferramentas as inspeções visuais e a instrumentação. O olho humano treinado é geralmente o melhor instrumento para avaliar a
performance de uma barragem. Segundo o Corps of Engineers (2000), “apesar das inspeções
rapidamente toda a situação do comportamento”. A instrumentação agrega valor a estas
avaliações, como um meio de fazer medidas da aferição do comportamento de uma barragem. Estas medidas (leituras dos instrumentos) não eliminam a necessidade do julgamento de engenharia, mas fornecem informações importantes sobre o comportamento das estruturas e
permitem uma visão ‘de dentro’ sobre a existência ou não de determinado problema.
Entretanto, pouca importância terá o monitoramento se, quando detectadas necessidades de manutenção (reparo ou melhorias), estas não forem realizadas em tempo hábil para que sejam restaurados os níveis de segurança estrutural desejados. Em outras
palavras. “medidas estruturais” devem ser tomadas para o restabelecimento da segurança. Nem sempre essas medidas são suficientes para eliminar o perigo a que está submetido o sistema vale-barragem. Passou-se, então, a conceber a adoção de “medidas não estruturais”, como a instalação de sistemas de alerta e planos de atendimento a emergências como formas de gerenciamento de riscos. Constituiu-se, assim, o terceiro pilar da segurança, a gestão de emergências, considerando que a segurança do sistema vale-barragem só pode ser garantida por meio da adoção de medidas integradas de gerenciamento de risco e emergências por parte dos responsáveis por ambos os conjuntos do sistema. Os documentos que consolidam os procedimentos para o gerenciamento do risco e as respostas a situações de emergência são os Planos de Ações Emergenciais ou Planos de Atendimento a Emergências.
3.1 Risco e Segurança de Barragens
Com relação a barragens, risco é a probabilidade que um evento indesejável especificado ou uma situação de perigo aconteça dentro de um dado intervalo de tempo, enquanto que segurança é a capacidade da barragem de satisfazer as exigências de comportamento necessárias para evitar incidentes e acidentes relacionados a aspectos estruturais, econômicos, ambientais e sociais (FACCHINETTI, 2008).
O mesmo autor enfatiza que, durante a fase de projeto, os riscos consistem em não se definir, ou definir de forma equivocada, os critérios a serem seguidos pelo projetista no desenvolvimento dos projetos. Esses critérios estão relacionados com a hidrologia, a geologia, a geotecnia, o dimensionamento hidráulico, o dimensionamento geotécnico e o dimensionamento estrutural.
Nesta fase são de fundamental importância o controle da qualidade dos materiais e uma fiscalização atenta para que sejam seguidos os documentos de projeto (normas, especificações e desenhos). São exemplos de riscos que ocorrem na construção: mudanças no projeto sem a presença do projetista; equipe inexperiente de construção; durante a etapa de desvio do rio, normalmente se corre um risco maior – galgamentos de ensecadeiras.
Menescal (2005) ressalta que uma barragem segura é aquela cujo desempenho satisfaz às exigências de comportamento necessárias para evitar incidentes e acidentes que se referem a aspectos estruturais, econômicos, ambientais e sociais.
Ainda segundo Menescal (2005), a segurança de uma determinada barragem pode ser garantida adotando-se três procedimentos básicos, são eles: correção de qualquer deficiência prevista ou constatada; operação segura, continuada, manutenção e inspeção; preparação adequada para emergências.
O mesmo autor assinala que devem ser previstas reavaliações regulares das consequências de ruptura de uma barragem, na medida em que tais consequências possam mudar, por exemplo, devido a alterações no uso de terras a jusante.
O proprietário da barragem tem, em última instância, a responsabilidade por todos os aspectos relacionados à sua segurança, devendo assegurar que a operação da barragem e a sua manutenção sejam executadas por pessoas que tenham conhecimento e habilitação para tal. Iniciativas apropriadas devem ser tomadas com relação ao treinamento do quadro de pessoal.
Cada barragem é classificada de acordo com as consequências de sua ruptura. Esta classificação constitui a base para a análise da segurança da barragem e para fixar níveis apropriados de atividades de inspeção. Na tabela 01 é mostrada uma classificação das barragens baseado no potencial de perda de vidas e danos econômicos.
Tabela 01 - Classificação da consequência de ruptura de barragens
As estruturas associadas podem ser classificadas separadamente. Desta forma, os diques e as barragens auxiliares poderiam ser de categorias diferentes com relação à barragem, dependendo das consequências da ruptura. No caso de considerarem-se sistemas de alerta, para redução do potencial de perda de vidas, a confiabilidade de tais sistemas deve ser incorporada em todas as análises e avaliações.
A avaliação do potencial de perdas, com ou sem a ruptura da barragem, deve ser baseada em estudos de inundação, e deve considerar o desenvolvimento existente e o previsto, na utilização das terras a jusante. Para as barragens em que houver incertezas acerca das consequências de seu colapso, deve-se utilizar uma análise simplificada e conservadora, quanto às previsões preliminares. Se esta análise demonstrar certo potencial de risco, parte-se para uma análise mais sofisticada. No caso de barragens nas quais as consequências de
ruptura recaiam claramente dentro da categoria “Muito Baixa”, não será necessário um estudo
formal de inundação.
Uma barragem é considerada “descomissionada” caso ela não seja mais utilizada
para os propósitos de capacitar a acumulação ou desvio de água, ou se ela tiver sido removida ou demolida. Uma barragem somente poderá ser abandonada se parte suficiente de sua estrutura tiver sido removida, a ponto de torná-la incapaz de acumular um reservatório que possa representar ameaça para os habitantes, propriedades ou ao meio ambiente a jusante.
Facchinetti (2008) sustenta que uma barragem possui várias fases durante sua vida, são elas: a fase de planejamento (levantamento de dados, hierarquização, tomada de decisão); a fase de elaboração dos estudos e projetos (desenvolvimento dos estudos e elaboração do projeto, projeto final); a fase de execução das obras e implantação das medidas mitigadoras (licitação, execução); a fase de operação e manutenção.
Ainda segundo Facchinetti (2008), na maioria dos casos, as causas de ruptura podem ser atribuídas não apenas a falhas de projeto, mas devido à falta de fiscalização durante a construção. Quando ocorrem falhas na fase de projeto, pode-se afirmar que o projeto não foi elaborado por profissional experiente, enquanto que nas falhas de construção, pode-se afirmar que a construção não foi executada por empresa devidamente habilitada.
erros de interpretação de dados do monitoramento e devido à operação indevida das estruturas hidráulicas, negligência com manutenção das estruturas e/ou equipamentos hidráulicos, etc.
3.2 Metodologia para Avaliação do Potencial de Riscos em Barragens
É apresentada uma metodologia referente à avaliação dos riscos de uma barragem. Esta metodologia foi aplicada em diversas barragens sob a responsabilidade da Companhia de Gestão de Recursos Hídricos do Estado do Ceará – COGERH, visando obter uma classificação dessas barragens, essencialmente quanto à sua segurança estrutural e operacional, considerando aspectos econômicos, sociais e ambientais, de forma a proporcionar à direção da empresa um meio eficiente de planejar e programar a alocação dos recursos necessários à sua manutenção. A metodologia estudada tem como objetivo principal classificar a barragem, de acordo com seu potencial de risco, e definir a periodicidade com que devem ser feitas as inspeções para identificar suas anomalias.
Segundo Menescal (2005) esta metodologia foi aplicada pela COGEHR (Companhia de Gerenciamento dos Recursos Hídricos do Estado do Ceará) em 35 açudes de diversos tamanhos e tipos no estado do Ceará.
O modelo de avaliação do potencial de risco em barragens em questão é regido por algumas premissas básicas, são elas:
Abrangência para todos os tipos e tamanhos de obras; Facilidade e rapidez na sua aplicação;
Restrição, ao máximo, da subjetividade na aplicação da metodologia;
Consideração dos aspectos da segurança estrutural e operacional, envolvendo os aspectos econômicos, sociais e ambientais.
Figura 02 - Esquema proposto para avaliação do potencial de risco.
Fonte: Menescal (2005).
Os três parâmetros citados são obtidos com o auxílio de tabelas que serão apresentadas a seguir. O Potencial de Risco calculado é qualitativo, mesmo tendo uma representação numérica, pois na concepção da metodologia não foram utilizados métodos estatísticos para atribuição de valores.
Tabela 02: Grau de Periculosidade (P), características de projeto da barragem.
Fonte: Menescal (2005).
De acordo com as características de projeto da barragem, tem-se o valor de P retirado da tabela 02, sendo P= ∑pi com o resultado de P, classifica-se a barragem, de acordo com a periculosidade observando as três condições a seguir:
P > 30 – Elevado;
P de 20 a 30 – Significativo; P de 10 a 20 – Baixo a Moderado.
Tabela 03 - Vulnerabilidade (V), estado de condição atual da barragem.
Fonte: Menescal (2005).
NOTA: Pontuação (10) em qualquer coluna implica em intervenção na barragem, a ser definida com base em Inspeção Especial.
Por fim, na avaliação da importância estratégica (I), os aspectos considerados relevantes são: o volume regularizado do reservatório, a população à jusante sujeita a risco e o custo atualizado da barragem (e estruturas anexas), de acordo com a tabela 04.
Tabela 04 - Importância Estratégica (I)
Fonte: Menescal (2005).
A importância estratégica (I) é calculada de acordo com a fórmula a seguir: I = (A+B+C) / 3
Tabela 05 - Potencial de Risco (PR)
Fonte: Menescal (2005). 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.
De posse da classe na qual a Barragem está incluída, de acordo com tabela 05 acima, obtém-se o tipo de inspeção e a frequência na qual ela deva ser inspecionada, como representado na tabela 06.
Tabela 06 - Frequência de Inspeções
Fonte: Menescal (2005).
Daí, ainda de acordo com a classificação da Barragem, tem-se o índice de
magnitude de maior gravidade aceito para cada classe e o critério “indicativo” para cada
Tabela 07 - Índice de Magnitude de maior gravidade aceito para cada classe de barragem
Fonte: Menescal (2005).
Tabela 08 - Critério "indicativo" para instrumentação
Fonte: Menescal (2005). NOTA:
(1) x – dispositivo obrigatório (2) (x) – dispositivo opcional
abordando seu tempo de operação, a existência de projeto, a confiabilidade das estruturas
4 ESTUDO DE CASO: ROMPIMENTO DA BARRAGEM ALGODÕES I
4.1 Histórico
De acordo com o Relatório Técnico elaborado pelo Conselho Regional de Engenharia, Arquitetura e Agronomia do Piauí – CREA/PI (2010), a Barragem Algodões I teve, no ano de 1953, a realização dos primeiros estudos visando à execução do seu projeto original, através do Departamento Nacional de Obras Contra as Secas – DNOCS. Posteriormente, tais estudos foram cedidos a então Companhia de Desenvolvimento do Piauí
– COMDEPI, atual Instituto de Desenvolvimento do Piauí – IDEPI.
O projeto da barragem, de propriedade do Departamento Nacional de Obras Contas as Secas – DNOCS foi elaborado com a finalidade de perenizar o rio Pirangi, que é um rio federal que nasce no Estado do Ceara e desagua no rio Parnaíba, no Estado do Piauí e abastece a população do município de Cocal/PI.
Sua construção ocorreu num período de aproximadamente oito anos, com início em 01/02/1996 até 15/03/2004. A obra da Barragem contou com recursos de Convênio firmado entre o Governo Federal, através do DNOCS, e o Governo do Estado do Piauí, através da Companhia de Desenvolvimento do Piauí – COMDEPI.
4.2 Características da Barragem
O Projeto Executivo da Barragem Algodões I (Volume I – Relatório Geral) discorre que tal barragem possui uma capacidade de armazenamento de 51 milhões de metro cúbicos de água, sendo considerada de porte médio. Localizada a aproximadamente 4 km da sede do município de Cocal, no estado do Piauí, trata-se de uma Barragem de terra homogênea composta por uma tomada d’água do tipo galeria com controle da comporta no
coroamento da Barragem e de um sangradouro tipo canal lateral. De acordo com sua ficha técnica, tal Barragem foi construída com a finalidade de abastecimento de água da cidade de Cocal, irrigação do vale e piscicultura.
Com um coroamento de 378,0 m de extensão e 8,0 m de largura, a Barragem possui um maciço com seção trapezoidal, assente sobre uma fundação estável, com cut-off escavado a montante até atingir o arenito compacto, a partir do eixo do barramento até o
A proteção do talude de montante foi feita através do rip-rap com uma camada de
0,70 m de um material denominado “bica corrida”. O talude de jusante foi protegido com plantação de grama e dispositivos de drenagem superficial.
O sangradouro seria constituído por canal de aproximação escavado, um vertedouro em perfil Creager que deságua em um canal lateral revestido em concreto, seguido de um canal de restituição simplesmente escavado. Inicialmente, também foi projetado um muro de proteção à Barragem para servir de guia às águas vertentes.
Posteriormente, o projeto do sangradouro sofreu algumas modificações, no qual o muro de proteção à Barragem foi substituído por placas de concreto com contrafortes.
A Tabela 09 apresenta a Ficha Técnica da Barragem Algodões I, com as principais características pertinentes a essa obra:
Tabela 09 - Ficha Técnica da Barragem Algodões I
CARACTERÍSTICAS GERAIS
Nome da Barragem: Algodões I
Município: Cocal
Estado: Piauí
Rio: Pirangi
Sistema: Bacias do Baixo Parnaíba
Capacidade: 51.000.000,00 m³
Precipitação média anual: 1.100 mm
Área da bacia hidráulica: 288,00 ha
Área da bacia hidrográfica: 383,36 km²
Finalidades: Abastecimento de água da cidade de Cocal, irrigação do vale e piscicultura
CARACTERÍSTICAS DA BARRAGEM
Tipo: Terra homogênea
Extensão pelo coroamento: 378,00 m
Largura do coroamento: 8,00 m
Altura máxima acima da fundação: 47,10 m Altura máxima com fundação: 50,10 m
Talude:
- Montante:
Cota 325 a 315: 2,5 : 1 (H:V) Cota 315 a 305: 3,0 : 1 (H:V) Cota 305 a 295: 3,5 : 1 (H:V) Cota 295 a 285: 4,0 : 1 (H:V) Cota 295 a terreno natural: 4,5 : 1
(H:V) Talude:
- Jusante:
Cota 325 ao rock-fill: 2,0 : 1 (H:V)
Volume do maciço: 1.141.333.22 m³
Volume da fundação: 179.527,22 m³
Área dos taludes da barragem: 57.320,00 m²
Largura máxima da base: 253,00 m
Rocha de fundação: Arenitos da formação Serra Grande TOMADA D’ÁGUA
Localização: Estaca 15+15,00 m do eixo de
referência
Tipo: Galeria com controle da comporta no
coroamento da barragem
Diâmetro: 900 mm
Comprimento: 220,00 m
Descarga regularizada: 1,60 m³/s
Escavação: 6.083,00 m³
Volume do concreto armado: 727,00 m³
Concreto ciclópico: 2.073,93 m³
Dispositivo de jusante: Válvula dispersora Dimensões do dispositivo: DN = 0,90 m Cota de Galeria:
- no eixo - na entrada
285,00 m 290,52 m
CARACTERÍSTICAS DO SANGRADOURO
Tipo: Canal lateral
4.3 Estudos Preliminares
Nesse item serão enfatizados, de acordo com o Projeto Executivo da barragem Algodões I (Volume I – Relatório Geral e Volume III – Estudos Básicos), os estudos preliminares realizados, abrangendo a topografia, a hidrologia, a geologia e a geotecnia.
Topografia
Os estudos topográficos consistiram em um levantamento plani–altimétrico da bacia hidráulica na escala de 1: 5.000, com curvas de nível a cada metro, realizado ainda no primeiro estudo da barragem.
Também foi feito levantamento topográfico na escala 1: 1000, da área de implantação da obra com curvas de nível a cada metro e seções transversais a cada 20,00 m em um levantamento planimétrico das áreas de jazida.
Hidrologia
A bacia hidrográfica da barragem está situada na fronteira dos estados Piauí e Ceará, com uma área de 383,36 km² e comprimento do talvegue de 38,00 km.
O regime pluviométrico (mensal e anual) da região é irregular e, consequentemente, o regime de escoamento é considerado também irregular, ocorrendo períodos com vazões significativas e períodos de vazões nulas.
O regime da região é caracterizado por elevadas temperaturas e reduzidas amplitudes. A temperatura média anual é de 27ºC, sendo novembro o mês mais quente com 29ºC e abril o mês mais frio com 26ºC. A umidade relativa média anual é de 60%, sendo março o mês de maior umidade relativa e setembro o mês de menor umidade.
O dimensionamento do vertedouro foi feito com base nos estudos de chuvas intensas da região, através da relação chuva-vazão por causa da inexistência de observações
Folga: 2,53 m
Revanche: 5,00 m
Escavação: 247.500,00 m³
Volume concreto armado: 4.799,45 m³
Cota do sangradouro: 320,00 m
Lâmina máxima de sangria: 2,47 m
Vazão máxima: 718,15 m³/s (Tr = 100 anos)
fluviométricas no local ou nas proximidades do local da barragem. O método utilizado no estudo das precipitações intensas na região foi o das Isozonas, desenvolvido por Jaime Taborga Torrico (1975). O procedimento consiste em utilizar estudos estatísticos de uma série de chuvas diárias para, através de um processo de desagregação e regionalização, estimar as precipitações de menores durações. Para o cálculo da precipitação média da bacia, foi aplicado o método de Thiessen, para chuvas diárias. Na determinação das cheias no açude Algodões I, foi utilizado o Método do Hidrograma Unitário Triangular (HUT), do Soil Conservation Service (SCS).
A tabela 10 mostra as vazões máximas calculadas de saída (m³/s) no vertedouro para os diferentes períodos de retorno.
Tabela 10 - Vazões máximas de saída
TR (anos) Vazão Máxima de Saída (m³/s)
100 718,15
200 809,05
500 933,61
1000 1.022,52
Fonte: Projeto Executivo da barragem Algodões I
Geologia e Geotecnia
Para a investigação dos tipos de materiais da fundação, do maciço e do
sangradouro foram realizadas sondagens rotativas e ensaios de perda d’água. Já para a
identificação de materiais adequados à construção do maciço, foram feitos alguns ensaios de laboratório, sendo eles: granulometria por peneiramento, limites de Atteberg e compactação (Proctor Normal). Os estudos geológicos foram realizados em escalas regionais e locais.
O estudo referente à geologia regional compreende uma área situada na região norte dos estados do Ceará e Piauí, onde se apresenta sua estratigrafia constituída pelas seguintes unidades: Complexo de Granja, Grupo Martinópole, Formação Serra Grande, Formação Pimenteiras, Formação Cabeças, Formação Orozimbo, Grupo Barreiras, Colúvios e Aluviões, com as características pertinentes a cada uma.
O boqueirão da barragem apresentava uma morfologia em forma de “U”, com o
esquerda apresentava uma escarpa mais íngreme, característico de material mais resistente ao intemperismo (diabásio).
Geologicamente, a superfície do sítio barrável é constituída por arenitos da Formação Serra Grande, que se apresentam aflorantes, principalmente na ombreira direita, com grande quantidade de talus (material resultante da ação da gravidade sobre fragmentos rochosos soltos, misturados com terra).
Os estudos geotécnicos consistiram nas sondagens do subsolo do eixo e do sangradouro, na localização e detalhamento dos empréstimos que seriam utilizados na construção, assim como na realização de ensaios geotécnicos de laboratório.
Os estudos geotécnicos realizados foram divididos nos seguintes itens: sondagens
e ensaios de perda d’água do eixo da barragem e do sangradouro; áreas de empréstimos;
jazidas de areia; pedreira.
4.4 Métodos Construtivos
4.4.1 Fundações
A execução da fundação das Ombreiras compreendeu a remoção dos solos humosos, bem como dos matacões soltos ou parcialmente enterrados, areias e siltes inconsolidados e camadas de solos compressíveis. Após a remoção desses materiais, o terreno foi regularizado e compactado, antes de receber a primeira camada de material do maciço. Na região do núcleo central, foi executada uma trincheira de vedação (cut-off) entre a fundação e o núcleo, até atingir rocha sã por toda extensão do núcleo. Após ser feito o tratamento localizado das irregularidades da rocha de fundação, foi executada uma camada de 5 a 7 cm de concreto de regularização por toda a superfície em contato com o núcleo impermeável. Em seguida, a rocha de fundação foi tratada com injeções de cimento.
Na fundação do leito do rio, foi feita uma remoção das areias que se encontravam acima da cota do depósito normal da aluvião e dos bolsões de areia fofa com SPT (Standard
Penetration Test) ≤ 4 a 5, resultante dos furos de sondagens. Nas áreas das margens, foi feita
4.4.2 Maciço
Após serem concluídos todos os serviços relativos à escavação, preparo e tratamento das fundações em solo e rocha, foi executado o maciço de terra.
Na construção do maciço da barragem foi empregado o material arenoso para os filtros vertical e horizontal encontrado nas jazidas ao longo do rio e os materiais coluvionares e residuais de composição silte–argilosa investigados nas áreas dos empréstimos estudados. Esse material foi lançado e espalhado com espessuras pré-determinadas, corrigindo a umidade e compactando. Para a zona de transição fina de areia adensada, foi utilizada areia existente no leito principal do rio.
Na execução das zonas de enrocamento foi utilizada rocha proveniente das escavações e de pedreiras selecionadas, sendo essa rocha selecionada de acordo com as especificações de projeto. O lançamento destes materiais foi efetuado sobre o talude ou nas bordas da camada que foi lançada.
Na zona impermeável do maciço houve uma preocupação com as características de resistência, deformabilidade e permeabilidade, obtidas através do controle da variação de umidade e do grau de compactação. O material utilizado foi obtido das áreas dos empréstimos indicados no projeto.
O lançamento das camadas de solo foi feito em camadas horizontais e dispostas em faixas paralelas ao eixo da barragem. Inicialmente foi adotada uma espessura de 25 cm de material solto, lançada com controle lateral de espessuras, por intermédio de cruzetas.
Na execução do maciço de terra foi considerada a umidade ótima do Proctor Normal, com uma faixa de tolerância de 2% para baixo até 0,5% para cima da ótima. Os materiais que se encontravam com umidade fora destes limites foram submetidos à rega ou secamento, antes da compactação.
Na compactação de locais de difícil acesso foi utilizado o sapo mecânico ou pneumático. Em locais de acesso mais fácil, a compactação do aterro foi feita com 10 passadas com o rolo pé-de-carneiro (v ≤ 5 km/h).
As zonas de transição foram constituídas de fragmentos de rocha sã com elevada resistência à abrasão e à decomposição química. A compactação desses materiais foi realizada em camadas não superiores a 50 cm, com emprego de equipamentos vibratórios. Os materiais de transições são compostos por materiais britados, isentos de material pulverulento, com granulometria contínua (DNOCS a, 1994).
4.4.3 Tomada d’agua
A tomada d’água foi construída fazendo um ângulo de 87º30’ com o eixo da
barragem, na direção montante–jusante. A tomada d’água é composta de uma tubulação de aço ASTM 36 com chapas de espessura de 3/8’’, diâmetro de 900 mm comprimento total de
220,00 m.
Esta tomada era controlada, do lado de montante, através de uma comporta acionada pelo tubo de aeração de 250 mm, ligado à casa de comando instalada no coroamento da barragem. Já do lado de jusante, foi instalada uma válvula dispersora para regulagem da vazão necessária ao atendimento das demandas.
Depois de construído o tubo de descarga, este foi envolvido por concreto armado com fck = 15 Mpa e 0,50 m de espessura. Este tubo foi construído assente sobre embasamento de concreto ciclópico com fck = 10 Mpa e 12% de pedras-de-mão. A cada 10,00 m foram feitas juntas de dilatação tipo Fugenband–O–22.
4.4.4 Sangradouro
Figura 03 - Vertedouro Tipo Creager
Fonte: IDEPI
O vertedouro em perfil Creager possuía 120,00 m de largura e um paramento de montante vertical de 1,00 m de largura.
O canal lateral possuía o mesmo comprimento do vertedouro e a seção trapezoidal com base de largura variável. Foi escavado na rocha e depois revestido em concreto armado, com laje de espessura 0,50 m.
Figura 04 – Projeto do Sangradouro
Fonte: IDEPI
Figura 05 - Creager e muro de contato com o maciço
Fonte: IDEPI
O canal de restituição possuía um comprimento aproximado de 250,00 m e declividade de 0,05%, simplesmente escavado em rocha, em direção a calha do rio, chegando ao terreno natural.
4.5 Coleta de Informações e Analise das Ocorrências
4.5.1 Talude de Montante
No talude de montante da barragem, a proteção se deu através da construção do
“Rip-Rap”. Este elemento de proteção foi executado conforme especificado no projeto, com
uma camada de 0,70 m de bica corrida. Não foi detectada nenhuma anomalia (depressão, falhas, trincas, erosões, escorregamentos, árvores, etc.) nessa parte da barragem.
4.5.2 Talude de Jusante
Para a proteção do talude de jusante contra a erosão, foi executada plantação de
grama, bem como a drenagem por um sistema de calhas em concreto armado, tipo “escama de peixe”. De acordo com a pesquisa de informações sobre o sinistro, foram detectados sinais de
umedecimento nas áreas do terreno à jusante da barragem, bem como a obstrução do sistema de drenagem superficial.
4.5.3 Coroamento
O coroamento da barragem era revestido por uma camada de 0,50 m de espessura de pedrisco, com declividade de 1% do eixo para montante e jusante, possuindo meio-fio de concreto simples em toda sua extensão. As fontes deram conta da ocorrência de pequenos abatimentos no coroamento da barragem. Porém, esses abatimentos não foram relevantes no colapso da mesma.
4.5.4 Fundação
A cava de fundação (cut-off) recebeu um tratamento através de injeção de cimento e, em seguida, foi preenchida pelo mesmo material sílico-argiloso compactado, utilizado no maciço. Não foi detectada nenhuma anomalia na fundação da barragem.
4.5.5 Maciço
para controlar a percolação através do maciço, é composto pelo rock-fill, sendo este ligado ao filtro vertical por meio de um tapete drenante, não sendo detectada nenhuma anomalia considerável nesse sistema.
No entanto, na região do maciço próxima às placas de concreto com contrafortes, havia um problema na execução da compactação do maciço, o que necessitava de reparos.
4.5.6 Tomada D’água
A conclusão da construção do aterro e das obras do vertedouro ocorreu no final do
ano de 1999. Em agosto de 2000, houve o aparecimento das primeiras surgência d’água, na
encosta da ombreira esquerda, próximo da casa de comando da válvula dispersora da tomada
d’água. As águas das infiltrações saturaram o solo da encosta da ombreira esquerda numa extensão de aproximadamente 60,00 m a jusante e altura de 5,0 m.
Com isso, foram executados trabalhos de correção no talude da encosta da ombreira esquerda através de: injeção de calda de cimento e água; construção de enrocamento e de drenos para proteção da área saturada no off-set da encosta. As injeções foram realizadas a partir do coroamento da barragem, algumas feitas em furos verticais e outras em furos inclinados. Os drenos foram construídos na extensão dos 60,00 m onde o solo encontrava-se saturado. O enrocamento foi construído com pedras de diâmetro maior que 50 cm, para proteção do pé da encosta.
Em julho de 2004, o nível d’água do reservatório da barragem Algodões I atingiu a cota 310,60 m, sendo constatado o aumento da quantidade de água saindo das surgências de pontos verificados antes e em novos pontos da encosta da ombreira esquerda. No ano de 2006, especificamente no mês de Março, foi recomendada a realização de injeções de calda de cimento e água na encosta da ombreira esquerda, pelos consultores contratados pelo IDEPI (CREA-PI,2010).
Em junho de 2008, o nível d’água do reservatório atingiu a cota 314,00 m, onde se
verificou o aumento da vazão dos pontos de surgências de água na ombreira esquerda, bem como uma extensa superfície de escorregamento de massa em local a jusante da casa de
comando da válvula dispersora da tomada d’água, compreendendo grande área saturada pelas
Em 2009, no mês de abril, houve um incremento da saturação das massas de solos na encosta da ombreira esquerda e a intensificação de escorregamento de massa de solo nesta ombreira.
Porém, apesar da tomada d’água se apresentar deficiente, este fato não foi a
principal causa do rompimento da barragem.
4.5.7 Sangradouro
Logo após o final das escavações do canal do sangradouro, em março de 1997, o talude do canal do lado da encosta da ombreira direita já se apresentava instável, iniciando a ocorrência de pequenos deslizamentos de massa de solo e pedra, para dentro do canal do sangradouro, conforme figura 06. Em abril do mesmo ano, foram realizadas obras de estabilização do talude do canal do sangradouro, com a execução de escavações adicionais e construção de banquetas, conforme projeto executivo desenvolvido por empresa contratada.
Figura 06 - Início de Deslizamento de Material no Sangradouro
