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PROCESSOS E RESULTADOS DA AUSCULTACAO DEBARRAGENS DO SISTEMA FURNAS
Marcia Ferreira Fortes Aguas; Quintiliano Mascarenhas Guedes e Josemar Teixeira Bastos
FURNAS Centrals Eletricas S.A.
RESUMO
0 presente trabalho apresenta o processo de auscultagao de barragens que vem sendo aplicado porFurnas Centrals ElOtricas S.A., com vistas ao controle de seguranga das estruturas civis de suas Usinas,tendo como responsavel a Divisao de Geotecnia e Seguranga de Barragens do Departamento deEngenharia Civil (DEC_T) da Diretoria Tccnica. Ilustra-se este trabalho mostrando as diversas etapas doprocesso de controle e preservagao da seguranga, mediante a interagao das atividades demonitoramento, ensaios, an6lise do comportamento e manutencao em uma grande empresa geradorade energia.
1. INTRODUCAO
Atualmente, o Sistema Furnas de geragao deenergia, apresentado na Figura 1 , 6 compostopor nove Usinas Hidrel6tricas e duas T6rmicasem operagao que geram mais de 8 milhOes dequilowatts.
Para possibilitar e garantir esta gerag6o, acompanhia construiu e mant6m diversas obrascivis, entre as quais, barragens de terra, deenrocamento e de concreto, com alturas m6xi-mas variando entre 40 e 150 metros.
O processo de auscultagao das obras civis se fazpresente a partir do acompanhamento do projetode instrumentagao e, no perlodo construtivo,atrav6s dos resultados dos ensaios, das infor-mag8es de instalag6o da instrumentag6o e dasrespectivas medigOes.
No periodo construtivo das obras, a realizag5odas leituras de instrumentag6o e dos ensaios deIaborat6rio e campo fica a cargo do Depar-tamento de Controle Tecnol6gico (DCT.T), queemite relat6rios, cujas informagaes subsidiam odesenvolvimento e fiscalizagao do projeto e vao,passo a passo , sendo introduzidas nos dados docontrole de seguranga da barragem. Desta for-ma, as equipes respons6veis pelo projeto (firmaprojetista), construg6o (empreiteira), fiscalizagao(obra/projeto) e seguranga de barragens intera-gem ou sobrepbem fungbes que compOe ocontinuo acompanhamento das condigbes e dodesempenho das obras civis, ao longo da intro-dugao de carregamentos e respectivas alte-ra0es de propriedades e estados intrinsecos.
2. ARMAZENAGEM E VISUALIZAQAO DEDADOS PARA CONSULTA
2.1 Documentos T6cnicos de Projeto
Os documentos de projeto , que compreendemdesenhos , especificagbes , relat6rios e mem6riasde c6lculo , sao registrados e cadastrados naAssessoria de Administragao, Contratos , Norma-izag6o e Arquivo T6cnico (AAT.T), 6rgaoencarregado pelo arquivo e normalizagao dedocumentos , que disponibiliza seu acervo dedesenhos , para consulta via microcomputador,para todos os escrit6rios de Furnas , oferecendocomo opgaes a visualizagao , c6pia eletrbnica eimpressao de imagens dos desenhos de projetosmais recentes.
A Figura 2 apresenta uma tela de visualizagaoda imagem de um desenho da UHE Serra daMesa.
2.2 Mem6ria T6cnica
A mem6ria t6cnica da Usina Hidrel6trica 6 umdocumento elaborado pela Projetista quecondensa informag6es gerais das obras civis edos equipamentos eletromecanicos.
2.3 Sistema de Seguranga de Barragens(SSB)
O cadastro da instrumentag6o da Usina 6 geradodurante o periodo construtivo , seguindo orienta-
XXIII Seminirlo Naclonal de GrandesBarragerrs 135
gaes (Manual do Usu6no ) que identifiquem,atrav6s de c6digos a Usina , a localizagao, o tipode instrumento e o objetivo do controle.
A partir da implantagao do instrumento no SSB,segue-se uma rotina automatizada de geragao deformularios padrOes de leitura , com datas previs-tas segundo a periodicidade das medigbes eenviadas ao 6rgao com atribuigao de realiz6-las,a princlpio , o Departamento de Controle Tecno-l6gico e posteriormente , em geral , a Operagao daUsina.
Os formul6rios preenchidos sao remetidos para oEscrit6rio Central e submetidos a programas detransformagao de leituras em medidas e de trata-mento de dados , sucedendo-se 6 geragao doBanco de Dados.
0 Banco de Dados do SSB pode ser acessado,via microcomputador , em todas as areas doSistema Furnas , atrav6s do ESB1. 0 ESB1 6 urnsubsistema do SSB que trata da manutengao doBanco de Dados e propicia a facilidade deconsulta , emissao de tabelas de apoio , emissaode relat6rios de criticas e atualizacao de medidas.on line".
Para atualizar o banco e emitir relat6rios, 6 ne-cessaria a utilizagao de senha , restrita 6 equipede seguranga de barragens.
2.4 Manual de Instrumentag3o
Para facilitar a orientagao dos funcion6rios quese sucedem realizando medigbes ao longo dosanos , sao emitidos manuais de instrumentagaopara cada Usina, com plantas de localizagao,cadastro, procedimentos adequados 6 realizagaodas leituras e orientagOes para preenchimentodos formul6rios padroes. Cont6m tamb6morientagoes para consulta ao ESB1.
2.5 Relat6rios de Inspeg3o , de Desempenhode Obras Civis e de Execug3o de Servi-gos T6cnicos
Ap6s o t6rmino do periodo construtivo dabarragem, a equipe responsfivel pela segurangada barragem (DGSB.T) do Departamento deEngenharia Civil passa a realizar inspeg6esperi6dicas, investigagbes e an9lises , emitindo osrespectivos relat6rios. Constam, nos relat6rios,todas as informag6es do acompanhamento dasobras civis durante o perlodo operativo da Usina,incluindo an9lise do comportamento, projetos deobras de manutengao, especificag6es t6cnicaselaboradas e recomendagOes de servigos aserem executados.
A execugao de servigos relativos a ensaios decampo e laborat6rio , instalagao , confecgao e me-
digao de instrumentr o complementar , controlede precisao e exatidao dos instrumentos,recuperagao de estruturas civis, nesse mesmoperiodo , 6 de responsabilidade da Divisao deRecuperagao de Usinas Hidrel6tricas ( DRUH.T),do Departamento de Controle Tecnol6gico, queemite relat6rio especifico apbs cada tipo deservigo.
3. INSPEgOES PERIODICAS EINVESTIGAcOES ADICIONAIS
Conforme mencionado, as inspeg6es peri6dicassao realizadas pela equipe de seguranga debarragens (DGSB . T), do DEC . T, corn o objetivode verificar as condig6es das estruturas civis,detectar indicios de ocorr2ncias e investigaralteragOes registradas atrav6s da instrumentagaonas diversas obras civis da Usina.
Em alguns casos, as inspegbes peri6dicas geramum programa de investigag8es , composto porurna ou mais das seguintes atividades:
a) realizadao de inspec6es especiais;
b) execugao de ensaios de campo ou laborat6-rio;
c) projeto e instalagao de instrumentagao com-plementar.
Para o prosseguirnento dessas atividades, atua-
se, em conjunto , corn a DRUH.T, 6rgfio doDepartamento de Controle Tecnol6gico (DCT.T)que participa ou executa os servigos de campo.
No caso de inspeg6es subaqu6ticas , promove-seprocesso de concorr2ncia externa , gerenciadopela equipe de seguranga de barragens. Asdernais inspeg6es especiais sao realizadas cornauxilio de equipamentos (guindastes comgaiolas , camaras de video com controle remoto,etc.). Quando interferem corn os equipamentosda Usina , as equipes de seguranga de barra-gens , de controle tecnol6gico e de manutencaodos pr6prios equipamentos atuam em conjunto.
Essa atuagao conjunta , entre Operag3o da Usi-na, equipes de seguranga e controle tecnol6gi-co, ocorre tamb6m na troca de informaoes e nosuporte t6cnico , em questbes de engenharia civil,na area de atuagao da Usina ou reservat6rio.
4. TRATAMENTO DOS DADOS DEINSTRUMENTAQAO
4.1 Transformag3o e Tratamento dosDados de Campo
Quando do recebimento dos formul3rios deleitura, os dados sao convertidos em medigOes
136 Tema 2 - Seguranca de Barragens . Auscul aclo, Desempenho • Repango
de deslocamento , deformag5o, poro-pressao,tensao total, vazfio , temperatura, nivel d'agua ecomparados aos respectivos valores de controle,mfiximo e minimo , implantados no sistema. Aprincipio , estes limites sao implantados pelaequipe de seguranga de barragens baseando-senos criterios de projeto e, posteriormente, seoreavaliados por tratamento estatistico ou mesmomodelagem hibrida , utilizando-se as medicbesprovenientes dos ciclos de carregamentoimpostos as estruturas.
As leituras das campanhas de nivelamento deprimeira ordem e de planimetria da rede geode-sica de trilateragao si o submetidas , respectiva-mente , aos sistemas RASTREAL e GEOSYS,aplicativos de modelagem numerica desenvolvi-dos no Departamento de Engenharia Civil, quepossibilitam a quantificac9o dos deslocamentosobservados , bern como as suas incertezas.
4.2 Tratamento das Medidas
Para an6lise dos dados de instrumentag o eavaliagao de tendoncias sao realizadas associa-96es de medicbes , de forma geral , envolvendo osniveis de montante e jusante do reservatbrio,atraves de um sistema especifico SYSGRAF.Este sistema possibilita a geracao de graficostemporais ou a transfer6ncia de arquivos demedig6es para outros aplicativos.
0 SYSGRAF, GEOSYS e RASTREAL sao siste-mas desenvolvidos pelo setor de informotica doDepartamento de Engenharia Civil (DEC.T), quegeram , respectivamente , graficos temporais, e dedeslocamentos planimotricos e de deslocamen-tos altimetricos , a partir da locac9o de marco nasestruturas controladas . Para a analise de algu-mas medig6es , associa-se tambem a tempera-tura ou a pluviometria.
As figuras 3 e 4 apresentam grfificos elaboradospara as controles de percolagao e de desloca-mento relativo entre estruturas , emitidos atravCsdo SYSGRAF.
Na maioria dos casos , apos a analise dosgraficos , de observacbes extraldas das inspe-cOes , dos ensaios e de dados de projeto, 6possivel fazer um diagnostico do desempenho daestrutura.
5. MODELAGEM
Em alguns casos de verificacao do desempenhoda estrutura , diagnostico de ocorrencias, reava-liacao de limites de controle para a instrumen-tagao e elaboradoo de projeto de reparo , faz-senecessario o desenvolvimento de modelagem do
comportamento hidrogeotecnico ou estrutural daobra civil. A modelagem pode ser de dois tipos:fisica ou matematica
As modelagens fisicas das obras civis das Usi-nas sao realizadas na empresa , pelo Laboratbriode Hidr6ulica Experimental , do DEC . T, atravesde modelos reduzidos.
A modelagem matematica pode ser determi-nistica , estatistica ou hibrida.
No primeiro tipo , a obra 6 modelada atraves deleis constitutivas e propriedades dos materiais,possibilitando a elaboradoo , por exemplo, deanalises tensao -deformag o visco -elasticas, depercolag5o e de estabilidade de taludes.
A modelagem estatistica , mediante an6lise multi-linear de regresseo acoplada com an6lise devariancia , tem sido aplicada na quantificagao dadependencia entre os efeitos e suas causas,monitorados nas barragens.
A modelagem hibrida associa os recursos dosdois tipos anteriormente citados.
Recentemente , tem-se tambour modelado osefeitos medidos , mediante tocnica de inteligenciaartificial.
As modelagens tern sido realizadas utilizando"software " comercial ou programas de pesquisacompartilhados com as universidades conve-niadas.
6. ESTUDO DE CASO
6.1 UHE Furnas - Vertedouro, MuroCentral e Tomada d'Agua
A Barragem de Furnas , implantada no RioGrande , nos municipios de Sao Jose da Barra eSao Joao Batista do Gloria , Minas Gerais, foiconstrulda por Furnas Centrais Eletricas S.A., noperiodo de 1958 a 1963 . 1E comportta pelasseguintes estruturas , citadas , em segUencia, damargem direita para a esquerda : Barragem deEnrocamento , com altura maxima de 127 m,Septo Rochoso , Tomada d ' agua , Muro Central,Vertedouro e uma pequena Barragem de Terra,fazendo o fechamento na ombreira esquerda.
A Tomada d '9gua a constitulda por 8 blocos deconcreto gravidade e o Muro Central por mais 2blocos , que formarn uma inflexeo no eixoprincipal da Barragem de Concreto . A estruturado Vertedouro o constitulda por 8 blocos quecomp6em a ogiva e os pilares que suportam aponte e as vigas munhOes das 7 comportas.
Foi projetada para um nivel maxima normal doreservatorio de 766 , 50 m, sendo alterado para
XXIII Semindrlo Naclonal de Grandes Barragons 137
768,00 m em 1978, o que ocasionou estudos emodificacbes na barragem.
A Figura 5 mostra um desenho esquemfi tico davista de montante do Vertedouro , do MuroCentral e do bloco 8 da Tomada d'agua.
6.2 Inspetfoes Periddicas e Registro dasCondit; oes das Estruturas Civis
A partir de 1974, atravas das inspeg6esperiodicas realizadas , tern-se detectado suces-sivas ocorrencias nas estruturas de concreto,registradas em relatorios . Listarn-se abaixo asocorrencias e as datas das observag6es:
a) Constatagao de desniveis relativos no coroa-mento entre blocos do Muro Central e entre obloco da esquerda do Muro Central e seuadjacente no Vertedouro, o bloco da ombrei-ra direita (1974);
b) Rompimento do trilho do portico na junta dedilatagao entre blocos do Muro Central eVertedouro (1974):
c) Abertura de fissuras no concreto do reforcodos pilares do Vertedouro (1980);
d) Abertura de trincas no trecho superior mon-tante dos pilares do Vertedouro (1983),
e) Processo localizado de arraste das sapatasde deslizamento da comporta 1 (1992) e dacomporta 7 (1993) nos trilhos;
f) Formagao de fissuras submilimetricas de
g)
disposigao reticular ao longo do coroamentodos blocos da Tomada d'agua e no salto "ski"da caiha do Vertedouro ( 1993):
Ocorrencia de fissuras no paramento demontante da superficie nao submersa, acimada elevacao 764,10 m ( 1993):
h) Exsudagao de gel pelo concreto e aberturade fissuras horizontais submilimetricas , conti-nuas , estendendo -se na parede de montantee jusante da gateria de drenagem doVertedouro ( 1996);
i) Desplacamento superficial do concreto de um
j)
trecho inferior da laje em balanco da pontedo Vertedouro (1996);
Abertura de fissuras capilares na parede demontante da galeria de drenagem da Toma-da d'agua (1998).
6.3 Programa de lnvestigacOes
A constatacao de sucessivas deteriorag6es, nasestruturas de concreto , geraram investigacbes
condicionadas a execugao dos servigos tocnicoscitados abaixo
a) Inspeg6es especiais de barco , a montante dabarragem , corn registro das fissuras atravesde fotos ( 1993);
b) Inspeg6es especiais corn use de guindaste egaiola, a jusante das estruturas , para obser-vacao de alinhamento entre juntas deconcretagern ( 1993);
c) InspecOes subaquaticas , para investigaoode fissuras no paramento de montante, nassuperficies submersas (1996) (ver exemplade fissura mapeada e fotografada nasFiguras 6 e 7);
d) Extragao de testernunhos do concreto dasdiversas estruturas , para realizadao deensaios de laboratorio ( 1993);
e) Realizag5o de testes de abertura das
f)
comportas do Vertedouro ( 1994 e 1996);
lnstalagao de instrumentacao complementar:
- Linha de nivelamento restrita ao coroarnentodo bloco 8 da Tornada d'agua , Muro Central ebloco da ombreira direita do Vertedouro(1981);
- Medidores triortogonais de junta entre blocosdo Muro Central e seus adjacentes na Tornadad'Aqua e Vertedouro ( 1990);
- ExtensOmetros de haste no interior dascamadas superiores de concretagem do blocoesquerdo do Muro Central e dos Pilares 3 e 5do Vertedouro ( 1997);
- Pinos de medicao de convergencia nos pilaresdo Vertedouro ( 1996);
-- Linha de nivelamento de primeira ordem erede planimetrica de trilateragao ( 1997).
6.4 Tratamento das Medicbes eModelagens Desenvolvidas
As campanhas de nivelamento restritas aos alvosno Muro Central e blocos adjacentes apresen-taram uma tendencia a alteamento dasestruturas, apresentada no grafico temporal daFigura 8 . Objetivandr detectar tend2ncias nosdeslocamentos vertical; foram utilizados modelosestatisticos capazes deg revelar as componentesreversiveis e irreverslveis destes deslocamentos.A partir desta analise, pode-se definir umasignificativa redugao das velocidades modias deexpansao do concreto de 22 x 10-6/ano, em 1976,para 6,9 x 106/ano, em 1997.
138 Tema 2 - Seguranca de Barragens . Ausculracao , Desempenho a Reparacio
Os graficos temporais das Figuras 9 e 10apresentam os deslocamentos relativos medidosentre o bloco esquerdo do Muro Central e o blocoda ombreira direita do Vertedouro. Verificam-setendencias nos movimentos relativos nos sen-tidos montante-jusante e alteamento-recalqueque nao ultrapassam 3 mm. Um estudo prelimi-nar das leituras de deslocamento absoluto dosalvos da rede planimetrica, apresentado naFigura 11 , indica movimentos que podem confi-gurar a compressao de um elemento estruturalda ponte do Vertedouro.
A realizag5o de ensaios de apreciagao daocorrencia de reag6es expansivas, no concreto
da Barragem de Furnas, atestou a presenga dereagao alcali-silicato. A analise dos parametrosreolbgicos de resistencia e deformabilidade dasestruturas da Tomada d'agua, Vertedouro e MuroCentral foi realizada a partir dos resultados dosensaios em testemunhos do concreto extraidosdas respectivas estruturas. Estes parametrosforam comparados aos especificados em projetoe aqueles obtidos pelo controle de qualidade doconcreto lancado na obra. A resist6ncia 6compressao, obtida atraves dos ensaios, esuperior a exigida em projeto. 0 valor medido dom6dulo de elasticidade, entretanto, a inferior aoadotado por criterios de projeto.
6.5 Diagn6stico e Comentarios
Para anelise te6rica da deformabilidade da estru-tura, consegUencia da reacao i lcali-agregado,
esta sendo desenvolvido modelo numerico peloMetodo dos Elementos Finitos, dentro do quadroda viscoelasticidade.
Est6 em execug5o o selamento de trincas nasuperficie exposta dos pilares do Vertedouro erestauracao da monoliticidade das pegas, atravesde aplicacao de argamassa projetada e execucaode injecao de calda, ambas nao reativas.
7. CONCLUSAO
Ao longo do trabalho, foi mostrada a inter-relacaoentre os diversos brgaos da empresa nosservigos necessarios para o controle e a garantiada seguranca as obras civis de urn sistemagerador de energia, ressaltando-se a importanciade uma organizacfio funcional - dentro daempresa - direcionada para tal atividade.
Numa 6poca de mudancas, como a atual,sugere-se uma reflexao sobre a necessidade daimplantagao de uma regulamentacao de ambitonacional, que tenha por objetivo a seguranca debarragens durante as fases de projeto, constru-gao, enchimento e operagao do reservat6rio,tendo em vista o elevado risco potencial dessasobras, a vida e a propriedade.
8. AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem a Furnas Centrais Eletri-cas S.A. pela oportunidade de divulgacao destetrabalho, bem como pelo apoio recebido.
XXIII SeminArlo Naclonal de Grandes Barragens 139
empresa ,PoMO$ do it "80c dosistama FURNAS
Subesteck do F'URNAS (em opemcio)
o Subestae o de,FURNNAS (em;comtru ,Oou provista)
0 Subsetac3o da'outra ompreaiPor40 deintat i ac $o do si:teme FURS
r Using nuclew do OMra,ampwea (amcondnr o).
a Using nuclear do mitre and r sa.(Bmconntrtic6o ou pravieta)
Figura 1. Sistema FURNAS de Geracao
140
Figura 2 . Tela de visualizagao de desenho da UHE Serra da MesaSecfio transversal da Barragem de Enrocamento
Tema 2 - Seguranca de Barragens . Auscultatao , Desempenho e ReparacaO
Using HidrEItrlc* do FURNAS {omopera0o)
BA Usina Ta not tries do FURNAS (emopamc o)
L .̀, Using H*el*tfca do mitre
FURNAS CENTRAIS ELtTRICAS S A
OEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
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li^ • FURSE22DRD002 M2 FURBP23NANO01 MI
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BARRAGEM DE FURNAS
DRENAGEM DSF0380CALNA PAeawl 7AOx CAM CONTA
FURBP73NANOOIM2 FURBP23MCPODIM1
Figura 3 . Grafico temporal do acompanhamento da percolacao associada apluviometria e ao nivel do reservatbrio
FURNAS CENTRAIS ELETRICAS S,A BARRAGEM DE FURNAS
OEPARTAMENTO OE ENGEN/URIA CIVIL AEDIOOREB TRIORTOGONAIS
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FLIRBP2OUJTOO . M1 FURBP20MJTOO . U7 _ A FUR6P20MJTOOA M3
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Figura 4. Grafico temporal do acompanhamento dos movimentos relativosentre os blocos do Muro Central
XXIII SeminArio National de Grandes Barragens 141
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Figura 5 . Desenho esquematico da vista de Montante do Vertedouro,do Muro Central e do Bloco 8 da Tomada D'agua
. -4
LADO DIREITO LADO ESQUERDODO VAO N•4 DO VAO N7
GUTA DOSTOP-LO
Figura 6. Croqui de fissura mapeada atraves de inspecao sub-aquatica
142
CRODUI N°: 11
GUTA DOSTOP-LOG
Tema 2 - Seguranca de Barragens . Auscultac o , Desempenho e Reparacao
EEUNCA LOCALIZADA NA CAMADA DE CONCRETAGEM 19
Figura 7. Fotografia de trecho da trinca mapeada
FURNAS CENTRAIS ELETRICAS S A
DEPARTAMENTO DE ENOENNARIA CIVIL
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0 FURBP201WIVN1171012
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BARRAGEM DE FURNAS
NIVELAMENTO OE PREC,BAoOLOCO TAAkMCAO I JU6NITE
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Figura 8 . Gr9fico temporal do acompanhamento dos deslocamentos verticais do Muro Central
XXIII SeminSrio National de GrandesBarragens 143
FURNAS CEHTRNS ELETRICAS 8.A MRRAGEM DE FURNABDEPARTAMENTO DE B#GENK A CML MECIOORla TRIORT000NAIe DSF0130
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Figura 9. Grafico temporal do acompanhamento dos deslocamentos relativos a montantena junta entre o bloco do Muro Central e seu adjacente no Vertedouro
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Figura 10. Grafico temporal do acompanhamento dos deslocamentos relativos a jusantena junta entre o bloco do Muro Central e seu adjacente no Vertedouro
144 Tema 2 - Seguranca de Barragens . Auscu/tasao , Desempenho a Reparac/o
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Figura 11 . Estudo preliminar dos deslocamentos dos alvos da rede planimetrica daBarragem de Concreto
XXIII Seminirlo Nacional de Grandes Barragens 145
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