Proposta de processo de monitoramento do comportamento das fissuras térmicas em barragens de concreto gravidade : um estudo de caso

Abstract

Resumo: Diversas barragens no mundo já romperam, provocando danos ambientais, sociais e econômicos. A preocupação em evitar futuros desastres impulsionou a criação de legislação governamental em diversos países, que no caso do Brasil entrou em vigor com a Lei n° 12.334/2010, a qual estabelece a Política Nacional de Segurança de Barragens (PNSB). De maneira geral, esta política obriga os responsáveis a investirem na preservação de suas estruturas e no aprimoramento de seus sistemas de monitoramento, de forma a proporcionarem respostas mais rápidas e objetivas. Como ferramentas do monitoramento, as inspeções visuais propiciam a avaliação global da performance das estruturas, enquanto a instrumentação de auscultação agrega informações pontuais sobre mudanças operacionais ou de comportamento, provendo um alarme quando um indicador de desempenho exceder os limites estabelecidos como aceitáveis. Estes valores limites podem ser definidos através de métodos estatísticos, baseados na relação entre as medidas dos instrumentos e outras variáveis, como o nível do reservatório, período do ano ou medida de outros instrumentos. Além dos parâmetros de projeto (subpressão da fundação, deslocamentos, entre outros), a instrumentação de barragens também pode ser utilizada para monitorar o comportamento de manifestações patológicas. Especificamente em barragens de concreto gravidade, dentre as principais causas do surgimento de fissuras, destacam-se as alterações volumétricas geradas pelos fenômenos de origem térmica no concreto, que estão associados ao processo construtivo destas estruturas. Com base nisso, o objetivo geral desta pesquisa foi propor um processo de monitoramento do comportamento das fissuras térmicas em barragens de concreto gravidade, por meio da análise dos dados de instrumentação e no estabelecimento de valores de controle. Para isso, foi selecionada como estudo de caso a fissura do bloco B-11 da barragem da Usina Hidrelétrica Governador José Richa (GJR), que foi identificada antes mesmo do enchimento do reservatório, em agosto de 1998, e onde foram instalados fissurômetros e ermômetros superficiais para o seu monitoramento. Embora estes instrumentos tenham sido instalados em maio de 2004, a pesquisa restringiu os estudos aos últimos 4,5 anos (de junho de 2009 a novembro de 2013), pois neste período todos os instrumentos já estavam calibrados e produziram dados confiáveis. O método adotado baseou-se em procedimentos simples de cálculo de correlação linear simples, para o entendimento das interações existentes entre as séries temporais dos instrumentos, verificando-se os tempos de resposta entre eles. A partir das melhores correlações foram estabelecidos os diagramas de dispersão, que subsidiaram a determinação dos valores limites de controle. Dentre os resultados encontrados destaca-se que existe forte ou muito forte correlação entre a temperatura ambiente, as leituras dos fissurômetros e as leituras do medidor de vazão. Com base nos resultados desta análise estatística, foi possível desenvolver, satisfatoriamente, uma ferramenta de monitoramento do comportamento da fissura em estudo. Desta forma, foi atendido o objetivo da pesquisa de desenvolver uma proposta de processo de monitoramento do comportamento das fissuras térmicas em barragens de concreto gravidade. Palavras-chave: Segurança de barragens; monitoramento; instrumentação; barragem de concreto gravidade; fissuras de origem térmica; correlação linear simples; valores de controle.

Abstract: Several dams in the world have already collapsed, causing environmental, social and economic damage. The concern to avoid future disasters has stimulated the creation of legislation in many countries. In Brazil, law 12.334/2010 was created, which establishes the National Policy on Safety of Dams. Overall, this policy requires keepers to invest in the preservation of their structures and to improve its monitoring systems in order to provide faster and straightforward responses. As monitoring tools, visual inspections provide a comprehensive assessment of the structures’s performance, while auscultation’s instrumentation adds specific information on operational or behavioral changes, providing an alarm when a performance indicator exceeds the acceptable limits. These limits can be set using statistical methods based on the relationship between instruments’s measures and other variables, such as reservoir level, time of year or others instruments measuring. Besides the design parameters (uplift foundation, displacements, etc.), the dam’s instrumentation can also be used to monitor the behavior of pathological manifestations. Specifically in concrete gravity dams, one of the main causes for the appearance of cracks, are the concrete’s volumetric changes generated by the thermal origin phenomena, which are associated with the construction process of these structures. Based on this, the goal of this research is to propose a monitoring process of the thermal cracking behavior in concrete gravity dams, through the instrumentation data analysis and the establishment of control values. Therefore, as a case study was selected the Block B- 11’s crack at Governador José Richa (GJR) Dam’s Power Plant, which was identified even before filling the reservoir in August’ 1998, and where were installed crackmeters and surface thermometers for its monitoring. Although these instruments were installed in May 2004, the research was restricted to study the last 4.5 years (June 2009 to November 2013), when all the instruments were calibrated and producing reliable data. The adopted method is based on simple linear correlation’s procedures to understand the interactions between the instruments’s time series, verifying the response times between them. The scatter plots were made from the best correlations, which supported the definition of the limit control values. Among the findings it is noteworthy that there is a strong or very strong correlation between ambient temperature and the crackmeters and flowmeters measurements. Based on the results of the statistical analysis, it was possible to satisfactorily develop a tool for monitoring the behavior of the case study cracks. Thus it was fulfilled the goal of the research to develop a proposal for a monitoring process of the behavior of thermal cracking in concrete gravity dams. Keywords: Dams Safety; monitoring; instrumentation; concrete gravity dam; thermal origin crack; simple linear correlation; control values.