Análise do índice de refração vertical no monitoramento de barragens : estudo de caso UHE Governador Jayme Canet Junior

Abstract

Resumo: Desde os experimentos de Brocks (1950), sabe-se que o coeficiente de refração varia entre -5 e 15, dependendo da altura acima do solo e das condições meteorológicas do local, logo quando se realiza o monitoramento de barragens utilizando estação total, suas medições são influenciadas por variações no índice de refração que consequentemente introduzem um erro nas mesmas. Normalmente correções devido a esse efeito são realizadas utilizando um valor de índice de refração, que foi determinado por Gauss em 1826, cujo valor é 0,13, mas nem sempre deve ser utilizado como uma boa aproximação, portanto a sua determinação para cada região é importante. O presente trabalho apresenta um estudo sobre o tema com a finalidade de avaliar seu comportamento nas proximidades da barragem da usina hidrelétrica Governador Jayme Canet Junior, localizada entre os municípios de Ortigueira e Telêmaco Borba, no estado do Paraná. Através de dados de nivelamento geométrico, método das visadas iguais, o qual minimiza os efeitos da refração atmosférica, determinou-se os desníveis entre os dois pilares de referência, nas margens direita (Pilar 01) e esquerda (Pilar 02) à montante da barragem, para os 17 marcos de superfície (MSU's) instalados na mureta de proteção e entre o Pilar 03, a jusante e Pilar 02, com precisão melhor do que 1mm por quilômetro. Posteriormente, utilizando uma estação total robotizada, com precisão nominal angular de 1" e linear de ± (1mm + 1,5ppm), obteve-se os ângulos zenitais e as distâncias inclinadas, com a finalidade de determinar os mesmos desníveis, agora utilizando o conceito do nivelamento trigonométrico para lances longos. Em uma fase seguinte, utilizando os desníveis, obtidos através do nivelamento geométrico (adotado como referência), na equação de determinação dos desníveis através do nivelamento trigonométrico, foi possível isolar e calcular o índice de refração vertical (k). Utilizando este conceito, calculou-se o valor de k entre o Pilar 01 e todos os MSU's, entre o pilar 02 e todos os MSU's e entre o Pilar 03 e o Pilar 02. Com a média desses valores de k e o valor estabelecido por Gauss, foi possível determinar todos os desníveis e compara-los com os desníveis de referência obtidos através do nivelamento geométrico. A partir dos resultados obtidos, verificou-se que entre pontos afastados de até 440 m, a média do k calculado é uma boa aproximação e para distâncias maiores que essa, o valor determinado por Gauss ou entre os pilares 01 e 02 apresenta resultados melhores. Palavras-chave: Índice de refração vertical. Usina hidrelétrica. Nivelamento trigonométrico. Nivelamento geométrico.

Abstract: Since the experiments by Brocks (1950) it is known that the refraction coefficient varies between -5 to 15 depending on height above ground and local meteorological conditions, in the dams monitoring processes using total stations, the data observed are influenced by variations in the refractive index, which consequently could introduce errors in the final results. Usually corrections due to this effect are made using a standard refractive index value, which was determined by Gauss in 1826, whose value is 0.13, but this should not always be used as a good approximation, so its determination for each region and local conditions are important. This research presents a study about the theme used in order to evaluate its behavior at Governador Jayme Canet Junior dam surroundings. This dam is located between the cities of Telêmaco Borba and Ortigueira, both from the state of Paraná in Brazil. Through geometric leveling data and using differential leveling, which is not influenced by atmospheric refraction, the slopes between two reference pillars were determined. The pillars were located on the right (pillar 01) and left (pillar 02) dam margins, between them there are 17 surface landmarks or object points (MSUs), installed at the dam boundary protection and between pillar 03 upstream dam and pillar 01 downstream dam, the difference in height was determinated with accuracy better than of 1mm per kilometer. Subsequently, using a robotic total station with 1" of nominal angular accuracy and ± (1mm + 1.5ppm) of linear accuracy it was measured both zenith angles and slope distances, in order to determine the same differences in height using the trigonometric leveling for long ranges. In a subsequent phase, using the differences in height obtained through differential leveling (adopted as a reference), in the equation of trigonometric leveling, it was possible to isolate and calculate the vertical refractive index (k). Using this concept, the k value was computed between pillar 01 and all the MSU's, as well as for Pillar 02 and all MSU's, and also between pillar 03 and Pillar 02. With average these values of k and with the value defined by Gauss, all the differences in height were determined and compared with the reference values obtained through the differential leveling. Analyzing the results obtained, between points up to 440 meters, the average of the calculated k is a good approximation, for longer distances, the value determined by Gauss or between the pillars 01 and 02 provide better results. Keywords: vertical refractive index, dam, trigonometric, survey, differential leveling.