EQUI PAMENTO PARA DETECcAO EM BARRAGENS
DE VAZANENTOS DE CONCRETO
DE ENROCAMENTO COM FACE
EDIE TANIGUCHI Engenheiro eletronico, CEHPAR/COPEL
CELSO BATISTA Engenheiro eletronico, CEHPAR/COPEL
JOSE OTA Engenheiro civil, CEHPAR/COPEL Professor adjunto, UFPR
MARCOS CASSIAS Engenheiro civil, COPEL
RESUMO: Este trabalho apresenta as caracteristicas de um equipamento de sondagem sonica desenvolvido para investigar vazamentos em barragens de enrocamento com face de concreto. A sua aplicagao na barragem de Segredo foi conduzida com sucesso, permitindo a correcao do vazamento detectado.
I NTR_O_ DUcAQ
Detectar e definir a localizacao precisa de eventuais pontos de vazamento atraves de barragens de enrocamento com face de concreto nao seria uma tarefa facil, se dependesse exclusivamente do trabalho de mergulhadores. A area a investigar a extensa e as profundidades podem superar os 100 m. 0 use de sonda a uma alternativa pratica e economica. A percolacao da agua atraves de eventuais juntas abertas ou fissuras na face de concreto provoca um ruido caracteristico que pode ser detectado por uma sonda adequada. 0 presente trabalho descreve as caracteristicas de um equipamento
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de sondagem sonica concebido e executado no Centro de Hidraulica e Hidrologia Prof. Parigot de Souza (CEHPAR). A sonda permitiu o rastreamento de toda a extensao da barragem de Segredo, identificando um vazamento. 0 mesmo equipamento foi utilizado no trabalho de correcao do vazamento detectado.
BARRAGEM DE SEGREDO
Desde 1960 construiram-se varias grandes barragens de enrocamento compactado com face de concreto. Nesse tipo de barragem o enrocamento compactado garante a estabilidade e a face de concreto e responsavel pela estanqueidade. Um corte tipico da barragem de Segredo a apresentado na figura 1. Em geral o risco de vazamento e fungao do recalque do enrocamento e, por isso, a sua compactacao e importante para aumentar o modulo de compressibilidade. Toma-se o cuidado na construcao para que o enrocamento junto a face de concreto seja de melhor qualidade. As juntas de vedacao na face de concreto sao de dois tipos: a junta perimetral e as juntas verticais entre as lajes que formam a face de concreto. Segundo COOKE (1991), nao tem havido rachaduras ou vazamentos nas lajes em obras existentes. 0 problema, quando ocorre, concentra-se nas juntas perimetrais. 0 problema de vazamento a essencialmente economico pois o macico de enrocamento a drenante e e construido de forma a estabelecer um gradiente de permeabilidade favoravel a sua estabilidade - ver PINTO et al (1981). A barragem de Segredo e a segunda do genero construida pela Companhia Paranaense de Energia (COPEL). 0 excelente comportamento da barragem de Foz do Areia (altura de 160 m - concluida em 1980) influiu decisivamente na selecao do tipo de barragem para Segredo. A barragem de Segredo, concluida em 1992, tem 145 m de altura, 720 m de comprimento na crista e o seu volume total e de 7.200.000 m3. A face de concreto tem inclinacao 1V:1,3H e e composta por lajes com largura de 16 m e espessura variando de 0,70 m na base ate 0,3 m proximo a crista. A fundacao a de basalto sao. 0 enrocamento e de boa qualidade mas o material utilizado era pobre em finos e o indice de vazios do macico compactado resultou superior a 0,35. Todos esses dados e mais outros detalhes sao relacionados por NEIDERT e TONIATTI (1991). A planta geral da obra a apresentada na figura 2. Ao contrario da obra de Foz do Areia, Segredo passou por severas condicoes de enchentes, principalmente na fase final da construgdo. Ainda no periodo em que doffs dos tres tuneis de desvio estavam em plena operacao, o reservatorio encheu com grande rapidez como mostra a plotagem da figura 3, baseada em dados fornecidos pela Coordenacao de Hidrometeorologia da Operacao da COPEL. A ensecadeira de montante, com 40 m de altura, transbordou e rompeu-se. A partir dai a barragem foi submetida ao carregamento rapido. No periodo critico, o navel de agua no reservatorio subiu a taxa de 2,35 m/hora (13h do dia 28/05/92). Entre 8h do dia 28/05 e 8h do dia 29/05 o navel de agua subiu 32,9 m . A vazao afluente maxima chegou a 14.000 m3/s. A rapidez do enchimento nao preocupa em barragens de enrocamento. Entretanto, a COPEL, decidiu comprovar a estanqueidade da face de concreto da barragem.
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EOUIPAMENTO DE SONDAGEM SONICA
A percolagdo da agua atraves de eventuais juntas abertas ou fissuras na face da barragem provoca um ruido caracteristico que pode ser detectado. Sua intensidade a proporcional a vazao. Valendo-se desta caracteristica, os autores desenvolveram, no CEHPAR, o Equipamento de Sondagem Sonica - ESS pars a auscultacao desse ruido. 0 ESS a composto de um microfone especialmente construido para operar submerso, sob altas pressoes, um cabo isolado, um amplificador de sinais de audio e um miliamperimetro com escalas, conforme esquema mostrado na figura 4. Na figura 5 e indicado o esquema eletronico correspondente. Segundo COOKE (1982), existe relato sobre use de aparelho semelhante na barragem de Alto Anchicaya na Colombia (altura de 140 m). A barragem apresentou percolagao da ordem de 110.000 litros por minuto, o reservatorio foi esvaziado e o problema corrigido conforme programa pre-definido na fase de projeto. 0 novo enchimento conduziu a um vazamento da ordem de 2.600 litros por minuto, quando se utilizou o aparelho de auscultacao em 1976. Segundo esse relato, as vazamentos se concentraram na junta perimetral e o tratamento feito ja permitiu a diminuigao do vazamento para aproximadamente 1.200 litros por minuto. A COPEL encarregou 0 CEHPAR para executar um equipamento semelhante. O microfone foi construido para operar submerso sob alta pressao e de forma a manter inalterada a sua sensibilidade em funcao da profundidade. Duas linhas basicas de desenvolvimento do aparelho foram consideradas: a) utilizagao do microfone isolado da agua e b) utilizacao do microfone inteiramente submerso na agua. A primeira opcao foi considerada no inicio da pesquisa, mas, concluiu-se de imediato que a pressao no local de utilizacao do microfone seria excessiva para o seu bom funcionamento. Quando sujeito a pressao de 100 metros de coluna de agua, o ar seria comprimido cerca de 10 vezes em relacao ao seu volume inicial. A membrana isolante teria que ser bastante flexivel e resistente. Nao se encontrou solucao adequada que evitasse a perda de sensibilidade do microfone. A solucao adotada foi a de expor as superficies externa e interna da membrana sensora do microfone a mesma pressao, isto e, submergiuse por completo o sensor de ruido. Observa-se na figura 4 a indicagdo dos furos feitos no suporte metalico que garantiram a igualdade das pressoes nos dois lados da membrana. Esse suporte metalico foi propositalmente feito robusto (ago galvanizado) para proteger o microfone contra choques e propiciar ao conjunto peso suficiente para que o cabo ficasse vertical com facilidade. 0 cabo utilizado foi do tipo coaxial blindado com protecao impermeavel. A bitola utilizada - 1 x 18 AWG - foi suficiente para o cabo nao sofrer deformacao consideravel em virtude do seu peso somado ao peso do equipamento. Uma graduagdo foi efetuada a cada metro no proprio cabo para facilitar a medida da profundidade. 0 microfone utilizado a capaz de captar sinais de audio ate 5 Khz, mas no laboratbrio, a constante interferencia da rede eletrica local obrigou a instalacao de um filtro para bloquear sinais com frequencia menor que 100 Hz. Os sinais de radio de uma estacao proxima ao laboratorio tambem interferiram mas tiveram niveis toleraveis. Nao foram efetuados tratamentos especiais quanto a esses sinais uma vez que na barragem esses efeitos seriam
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inexistentes. Um amplificador de sinais de audio de 9 Watts de potencia, alimentado por dugs baterias alcalinas de 9V, permitiram o use continuo do aparelho por aproximadamente 8 horas. Acoplado ao amplificador, o medidor de sinais (miliamperimetro com escala) e o fone de ouvido permitiram a deteccao de ruidos pelo operador embarcado. As figuras 6 e 7 mostram, em fotografias, o equipamento utilizado e como foi executado o trabalho de rastreamento da barragem de Segredo. Antes de ser levado a barragem de Segredo o equipamento foi testado e aprovado em ensaios efetuados no laboratbrio . Criaram-se vazamentos em um reservatbrio e verificou-se o funcionamento do microfone submerso. Efetuou-se tambern teste com alta pressao em uma camara fechada. 0 custo do equipamento foi reduzido uma vez que os componentes foram todos encontrados no mercado de CuritibaParana.
UTILIZAr,AO DO EOUIPAMENTO NA BARRAGEM DE SEGREDO
0 equipamento de sondagem sonica foi utilizado na barragem de Segredo com sucesso. 0 levantamento ao longo da junta perimetral identificou um unico ponto de fuga localizado, de proporcbes modestas, a 63 m de profundidade, no ponto indicado na figura 2. 0 monitoramento da intensidade do ruido permitiu a definicao da vertical do ponto de fuga com precisao e viabilizou a correcao do problema. Cerca de dez metros cubicos de uma mistura de areia e silte foram lancados na area do vazamento, atraves de um tubo mantido verticalmente e orientado pelos sinais obtidos pelo equipamento, obturando o ponto de vazamento. 0 prbprio equipamento permitiu controlar a qualidade dos trabalhos de correcao do vazamento. Por problemas de ordem pratica, nao se efetuou uma analise detalhada dos ruidos da percolacao obtidos pelo equipamento. A corregdo do vazamento foi feita imediatarnente apos a deteccao e as caracteristicas dos ruidos nao foram documentadas. A facilidade de utilizacao do equipamento foi tal que dispensou 0 seu retorno ao laboratbrio para mais ajustes ou mudancas. 0 objetivo do trabalho foi atingido ja que, independentemente da qualidade do som que se captou, o aparelho permitiu a identificacao de vazamento na barragem.
CONCLUSOES
0 projeto e execucao de juntas perimetrais tem sofride melhora aspecto, a barragem de Nesse sensivel no passado recente. enrocamento com face de concreto de Segredo comportou-se muito bem, mesmo com o enchimento rapido do reservatbrio provocado pela enchente de maio/92. 0 vazamento detectado na junta perimetral, a 63 m de profundidade foi de proporaao modesta. 0 equipamento desenvolvido permitiu a identificacao e correcao desse vazamento, proporcionando tranquilidade a empresa proprietaria que agora tem assegurada melhor estanqueidade a sua barragem. Conforme
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a descricao, o equipamento a simples e o seu baixo custo de fabricacao justifica a sua aplicagao em outras barragens semelhantes.
REFERENCIAS
COOKE, J. B. The concrete-faced rockfill dam. International Water Power and Dam Construction, v. 43, n. 1, p. 11-15, Jan. 1991 Underwater audio leak detection. Concrete-Faced Rockfill Dam MEMO n. 12. Relatorio de consultoria nao publicado, set. 1980. NEIDERT, Sinildo H., TONIATTI, N. B. Design and construction of the Segredo concrete-faced rockfill dam. International Water Power and Dam Construction, v. 43, n. 1, p. 15-19, Jan. 1991. PINTO, Nelson L . S. et al . Barragem de Foz do Areia: Projeto e desempenho . Curitiba : COPEL, Jan . 1981. 40 p. PRINTEC PRE 01 81.
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DE EQUTPAMENTOS DF CONSTRU
FIGURA
I; CORTE TIPICO DA BARRAGEM DE SEGREDO
FIGURA 2: PLANTA GERAL DA OBRA DE SEGREDO
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DE EQUIPAMQITOS DE COBSTRU
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CARRETILHA
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SONDAGEM SONICA. +VCc
F I GURA 5 ESQUEMA ELETRONICO DO EOUIPAMENTO DE SONDAGEM SONICA.
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FIGURA 6 EOUIPAMENTO DE SONDAGEM SONICA
FIGURA 7: TRABALHO DE RASTREAMENTO DA BARRAGEM DE SEGREDO.
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