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

Tema 1 131

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.

Tema 1 132

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

Tema 1 133

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

Tema 1 134

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.

Tema 1 135

TABEI . A DE MATEPJ IS CLASSLFI CKAD

TIPO IA

STICAS BASALTO MAC140 COM ATt

25% DE BREC HA

CO LOCACAO

DAMS DE COMPACTACAO

I.APCAW

-

BASALTICA Ia

BASALTO MACI90 COW Aft

250 DE BRECHA

COMPACZADO

CAM. 0 . 50 ■

IC

BASALTO MAC24o COI ATt 606 DE BRECBA

COMPACSADO

CAM. 1. 60 ■ - 4 PASS. SOLO

CCMPACTADO

CAM. 0 . 00 ■

BASALTICA

I ZIOU)CAMENTOS

VIaRATbRIO

BASALTO MACHO

COW MAIS DE 40% DE BRECiA

IE

BLOCOS DE BASALTO MALI BRITA

0 OU BREC A

(SMDUADA

256

C

lA

- 4 PASS. SOLO

VII9IATO1tIO

BASALTICA

IIB

-

VSBRATORIO

BASALTICA ID

- 6 PASS. ROLO

BASALTICA

0s 100

ARRGADO COMPACTADO

CAM. 0.40 ■

- 6 PASS. ROTA

VIBR . ( NOR.) 2+4 PASS. BOLO

VIER. (PACE) II TRANSI96EB

IIDB

BRITA GiADUADA

0 S 3$ -

COMPACTADO

CAM. 0 . 40 a - 6 PASS. SOLO

COBACTADO

CAN. 0 . 60 a - 4 PASS. BOLO

V

.

OU

0.20

a

PIA

VnIRATORIA FILTRO COI4POSTO

IID

VIER .

OU EQUIP .

MANUAL DE

OOIe

III ATOIROS DeGO&AVEIS

IV ATERRO Comm

IIIC

ARGILI SILTOSA Cl FRAfBS7TTOS DE ROCHA 0 519 at

CO PACTADO

IIID

SILTE ARGILO-ARENOSO Cl iRAOSRIT0S DE ROCHA

CCMPACTADO

0S 19 s MATERIAL COMUM

IV

CAM. 0 .25 ■ - SOLO C[ CARHEDIO CAMADAS DE 0.60

-

PASSA[a%

COMPACTADO

CAMADAS DE

0.6C

m

PASSACBY

DE EQUTPAMENTOS DF CONSTRU

FIGURA

I; CORTE TIPICO DA BARRAGEM DE SEGREDO

FIGURA 2: PLANTA GERAL DA OBRA DE SEGREDO

Tema 1 136



DE EQUIPAMQITOS DE COBSTRU

NIVEL DE AGUA NO RESERVATORIO (m}

0

v 0

0 0 Y

0 E Y

E

0 .

o

O

o^

N n n

WW

W

G

D

oN QW

N

W

10

N

°o LC

°^ n

u,

°o in

Tema 1 137

CARRETILHA

MEDIDOR

AMPLIFICADOR

FONE DE OUVIDO

IhSUPORTE E PROTE;AO DO MICROFONE (A`0 GALVANIZADO) MICROFONE (HIDROFONE) F IGURA 4 CROQUI DO EQUIPAMENTO DE A

SONDAGEM SONICA. +VCc

F I GURA 5 ESQUEMA ELETRONICO DO EOUIPAMENTO DE SONDAGEM SONICA.

Tema 1 138

FIGURA 6 EOUIPAMENTO DE SONDAGEM SONICA

FIGURA 7: TRABALHO DE RASTREAMENTO DA BARRAGEM DE SEGREDO.

Tema 1 139