CONTROLO DE SEGURANÇA HIDRÁULICO OPERACIONAL...

UNIVERSIDADE DO ALGARVE

ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA

CURSO BIETÁPICO EM ENGENHARIA CIVIL – 2º CICLO

DISCIPLINA DE PROJECTO

CONTROLO DE SEGURANÇA HIDRÁULICO OPERACIONAL EM BARRAGENS DE ATERRO

HELENA MARIA HENRIQUES RODRIGUES

Nº 9170

ORIENTADOR: ENGº RUI LANÇA

FARO, 04 DEZEMBRO DE 2006

Controlo de Segurança Hidráulico Operacional em Barragens de Aterro

Universidade do Algarve – Escola Superior de Tecnologia I

1 - SUMÁRIO

Este trabalho insere-se na temática da segurança de barragens e tem como objectivo o controlo de segurança hidráulico-operacional e modelação da rotura de barragens de aterro, provocada por galgamento do corpo da barragem e erosão interna.

Neste contexto procurou-se definir e caracterizar o Plano de Emergência Interno (PEI) da barragem, que constitui o documento privilegiado para identificar o conjunto de procedimentos ou de acções tendo em vista assegurar o controlo da segurança na barragem e a resposta eficaz a situações de incidente ou de acidente que ponham em causa a segurança do vale a jusante.

Assim e de forma a avaliar os riscos associados á eventual rotura da barragem, recorreu-se à modelação através de um programa de cálculo automático de modelação unidireccional do escoamento em regime gradualmente variado em canais naturais, permitindo estudar a propagação da onda de cheia resultante da rotura, ao longo do vale a jusante, em regime variável. 2 - PALAVRAS-CHAVE: Rotura de barragens, modelação de brechas, barragem de aterro;

modelação hidrodinâmica; onda de inundação


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3 - AGRADECIMENTOS

Começo por agradecer ao meu orientador Professor Rui Lança, a oportunidade e o prazer de trabalhar sob a sua orientação científica e na sua companhia. Agradeço ainda os conselhos dados, a atenção dispendida e as condições de trabalho proporcionadas.

Á Direcção Regional de Agricultura do Algarve por todos os elementos disponibilizados para a elaboração do presente trabalho, sem os quais não seria possível a sua realização.

Ao Rodolfo, a todos os familiares e amigos que me apoiaram e entusiasmaram durante a realização do presente trabalho.

Sem nomear ninguém, para não esquecer ninguém, agradeço aos colegas de trabalho, professores e outros profissionais da Universidade do Algarve, que me auxiliaram com amizade e competência.


Universidade do Algarve – Escola Superior de Tecnologia III

Índice

1 - SUMÁRIO ............................................................................................................................................... I

2 - PALAVRAS-CHAVE: ............................................................................................................................ I

3 - AGRADECIMENTOS............................................................................................................................ II

4 - INTRODUÇÃO .......................................................................................................................................1

5 - ENQUADRAMENTO LEGAL...............................................................................................................2

5.1 - Breve historial..................................................................................................................................2

5.2 - Considerações gerais........................................................................................................................2

5.3 - Estrutura do RSB .............................................................................................................................3

5.3.1 - Disposições gerais ......................................................................................................................3

5.3.2 - Controlo de segurança ................................................................................................................3

5.3.3 - - Medidas de Protecção Civil......................................................................................................5

5.3.4 - Disposições Complementares e Transitórias ..............................................................................5

6 - SEGURANÇA DE BARRAGENS..........................................................................................................5


6.2 - Tipos de segurança...........................................................................................................................6

6.3 - Consequências da rotura ..................................................................................................................6

6.4 - Causas mais frequentes de roturas de barragens..............................................................................7

7 - PLANO DE EMERGÊNCIA INTERNO ................................................................................................8


7.2 - Breve introdução à constituição dos Planos de Emergência Internos (PEI) ....................................8

7.2.1 - Objectivo.....................................................................................................................................8

7.2.2 - Discriminação dos PEI ...............................................................................................................9

7.2.3 - Estrutura e constituição.............................................................................................................10

7.3 - Níveis de alerta ..............................................................................................................................11

7.3.1 - Nível 0 ou Azul (nível normal ou de rotina).............................................................................11

7.3.2 - Nível 1 ou Amarelo (nível de alerta interna ou de prevenção) .................................................12

7.3.3 - Nível 2 ou Laranja (nível de alerta geral) .................................................................................12

7.3.4 - Nível 3 ou Vermelho (nível de catástrofe)................................................................................13

7.4 - Intervenientes e responsabilidades.................................................................................................14

7.5 - Cadeia de decisão...........................................................................................................................15

7.6 - Limites dos estudos........................................................................................................................16

8 - MODELAÇÃO DE ROTURA DE BARRAGENS DE ATERRO........................................................17


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8.1 - Considerações gerais......................................................................................................................17

8.2 - Mecanismo de rotura......................................................................................................................17

8.2.1 - Galgamento (overtopping)........................................................................................................17

8.2.2 - Erosão interna do solo (piping).................................................................................................18

8.3 - Modelação da brecha .....................................................................................................................19

8.3.1 - Descrição da brecha..................................................................................................................20

8.3.1.1 - Geometria da brecha..........................................................................................................20

8.3.1.2 - Tempo de rotura.................................................................................................................22

8.3.2 - Análise de sensibilidade ...........................................................................................................22

8.3.3 - O caudal efluente pela brecha...................................................................................................23

9 - MODELAÇÃO HIDRODINÂMICA DA ONDA DE CHEIA .............................................................24

9.1 - Considerações gerais......................................................................................................................24

9.2 - Modelo de propagação da onda de cheia .......................................................................................25

9.2.1 - Caracterização do escoamento..................................................................................................25

9.2.2 - Rugosidade do canal .................................................................................................................29

10 - DESCRIÇÃO DA BARRAGEM.........................................................................................................31

11 - CARACTERIZAÇÃO GERAL DA ZONA EM ESTUDO ................................................................32

12 - CONSIDERAÇÕES SOBRE A SIMULAÇÃO DE ROTURA ..........................................................34

12.1 - Características da Barragem ........................................................................................................34

12.2 - Características da albufeira ..........................................................................................................34

12.3 - Geometria e formação da brecha .................................................................................................36

13 - RESULTADOS DA SIMULAÇÃO ....................................................................................................36

14 - ANÁLISE DOS RESULTADOS.........................................................................................................41

15 - VALIDAÇÃO DA SIMULAÇÃO DE ROTURA...............................................................................42

16 - VERIFICAÇÃO DO LIMITE DA ONDA DE PROPAGAÇÃO........................................................44

17 - CONCLUSÃO .....................................................................................................................................45

18 - BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................................47

19 - ANEXOS .............................................................................................................................................49

Índice de Figuras

Figura VII.1 – Fluxograma de notificação do plano de emergência .......................................................... 16

Figura VIII.1 - Possível geometria da brecha numa situação de rotura por galgamento: .......................... 18

Figura VIII.2 - Possível geometria da brecha numa situação de rotura por erosão interna........................ 18

Figura VIII.3 - A barragem de Teton durante a rotura ............................................................................... 19


Universidade do Algarve – Escola Superior de Tecnologia V

Figura VIII.4 - Vista da barragem e brecha em formação.......................................................................... 21

Figura VIII.5 – Solução de Ritter para a rotura completa e instantânea de uma barragem em canal

rectangular.................................................................................................................................................. 23

Figura IX.1 – Variáveis da equação da continuidade................................................................................. 27

Figura IX.2 – Variáveis da equação da quantidade de movimento ............................................................ 27

Figura X.1 – Vista geral da Barragem........................................................................................................ 31

Figura X.2 – Perfil transversal de barragem............................................................................................... 31

Figura XI.1 – Passagem Hidráulica a 0+100 km a jusante da barragem.................................................... 32

Figura XI.2 – Aglomerado habitacional..................................................................................................... 32

Figura XI.3 – Passagem Hidráulica ao 1+215 km a jusante da barragem.................................................. 33

Figura XI.4 – Vista geral do vale ............................................................................................................... 33

Figura XII.1 – Curva cota área inundada da albufeira ............................................................................... 35

Figura XII.2 – Curva cota volume da albufeira.......................................................................................... 36

Figura XIII.1 - Cotas da onda de cheia....................................................................................................... 37

Figura XIII.2 - Amortecimento da onda de cheia....................................................................................... 37

Figura XIII.3 – Hidrogramas de caudal...................................................................................................... 38

Figura XIII.4 - Tempo de chegada da onda de cheia ................................................................................. 38

Figura XIII .5 - Limnigramas ..................................................................................................................... 39

Figura XIII .6 - Perfil longitudinal ............................................................................................................. 39

Figura XIII.7 – Representação do Vale em 3D .......................................................................................... 40

Figura XV.1 – Hidrograma resultante de rotura da barragem de Vaqueiros.............................................. 42

Índice de Quadros

Quadro XII.1 – Principais características da barragem.............................................................................. 34

Quadro XII.2 - Áreas inundadas e volumes armazenados na albufeira da barragem de Vaqueiros........... 35

Quadro XII.3 - Características da onda cheia nos 10 perfis de cálculo a jusante da barragem.................. 40

Quadro XV.1 – Intervalo de dados para integração ................................................................................... 43

Quadro XVII.1 – Estruturas afectadas pela inundação causada pela rotura da barragem de Vaqueiros.... 46


Universidade do Algarve – Escola Superior de Tecnologia Pág. 1

4 - INTRODUÇÃO

A presença de uma barragem num vale induz um factor de risco devido ao enorme potencial destrutivo que constitui o volume de água armazenado por esta.

Não obstante a probabilidade de rotura ser relativamente baixa, a hipótese de se verificar uma cheia resultante de um acidente numa barragem com consequências catastróficas, faz com que os organismos responsáveis pela segurança e protecção civil e a comunidade técnico-científica se debrucem, com interesse crescente, sobre a problemática relacionada com este tipo de acidente no sentido de estudar e planear soluções de prevenção e mitigação dos seus efeitos.

Neste sentido a segurança das barragens tem constituído constante preocupação das pessoas e entidades que se ocupam do projecto, construção e exploração destas obras.

Os regulamentos e normas de projecto, construção, exploração, observação e inspecção constituem o enquadramento legal das actividades das pessoas e entidades envolvidas no controlo e segurança destas obras.

Um exemplo desta perspectiva de segurança é a preocupação patente no Regulamento de Segurança de Barragens (RSB – Decreto-Lei nº 11/90) em vigor em Portugal que impõe estudos de rotura e a realização de cartas de inundação no vale a jusante correspondentes a cheias resultantes de uma eventual e hipotética rotura da barragem. Segundo o RSB, o conceito de segurança de barragens pode ser definido como a capacidade da barragem para satisfazer as exigências de comportamento necessárias para evitar incidentes ou acidentes (art. 3º).

Uma tarefa essencial para a caracterização da cheia induzida por um acidente do tipo rotura de barragem é a modelação hidrodinâmica e simulação computacional da mesma. É com base nos resultados obtidos através da simulação que se consegue efectuar o estudo das consequências e das possíveis medidas a tomar para mitigação do acidente.

A determinação das condições de montante para simulação da cheia no vale de jusante passa pela caracterização da hipotética brecha da barragem, da sua evolução no tempo, configuração final e lei de vazão. O presente estudo tem por âmbito a caracterização e modelação de brechas em barragens de aterro provocadas por galgamento da barragem, bem como a consequente onda de inundação provocada pela eventual rotura.



5 - ENQUADRAMENTO LEGAL

5.1 - Breve historial Os primeiros regulamentos com procedimentos de segurança nos vales a jusante de barragens surgiram na segunda metade do século XX. A ocorrência de alguns acidentes com barragens levaram a comunidade técnico-científica, associada ao projecto, construção e exploração de barragens, a reflectir sobre os efeitos de um acidente deste tipo e as medidas a adoptar, preventivas e mitigadoras. O Regulamento de Pequenas Barragens de Terra, publicado em forma de Decreto Lei em 1968, constituiu a primeira peça legislativa relativa à segurança de barragens portuguesas, tendo-se revelado de muita utilidade num período em que foram construídas dezenas de barragens desse tipo essencialmente com finalidades de rega. Este Regulamento viria a ser substituído, em 1993, pelo Regulamento de Pequenas Barragens. Em 1990, na sequência de um trabalho de alguns anos de duração no âmbito de uma Comissão do Conselho Superior de Obras Públicas e Transportes, foi publicado um novo diploma, igualmente sob a forma de um Decreto-Lei, o Regulamento de Segurança de Barragens (RSB), que passou a enquadrar as actividades de segurança das grandes barragens e das que, não o sendo, têm uma albufeira com uma capacidade superior ou igual a 100 000 m3. Ao RSB seguiram-se três Normas (de Projecto, de Construção e de Observação e Inspecção), aguardando-se a publicação das quartas Normas (de Exploração de Barragens) que completarão o edifício legislativo nacional neste domínio. 5.2 - Considerações gerais Em 1968 foi publicado o Regulamento de Pequenas Barragens de Terra (RPBT), visava dotar o País de um documento normativo referente ao projecto e construção de pequenas barragens de terra cuja construção, essencialmente para o estabelecimento de regadios, conhecia então um grande incremento. A sua publicação obviava a tendência para simplificar em demasia os estudos de projecto e os cuidados de construção que as reduzidas dimensões das obras poderiam originar O Regulamento de Segurança de Barragens (RSB) foi publicado no diário da República de 6 de Janeiro de 1990, em anexo ao Decreto-Lei 11/90. O documento foi elaborado por uma Comissão (Subcomissão dos Regulamentos de Barragens) a funcionar no Conselho Superior de Obras Públicas e Transportes.



O RSB incluía a publicação de quatro portarias com as Normas de Projecto, de Construção, de Exploração e de Observação e Inspecção de Barragens, destinadas a “... facilitar a aplicação do RSB”. Tais Normas viriam a ser elaboradas pela mesma Subcomissão e, publicadas (com excepção das Normas de Exploração) em 1993 (as Normas de Projecto - Portaria 846/93 e de Observação e Inspecção de Barragens – Portaria 847/93) e em 1998 (as Normas de Construção de Barragens - Portaria 246/98) Terminada a fase de preparação das Normas, a referida Subcomissão iniciou a elaboração do Regulamento de Pequenas Barragens, que foi publicado em anexo ao Decreto-Lei nº 409/93. Com a publicação deste Regulamento foi revogado o anterior Regulamento de Pequenas Barragens de Terra Portugal passou assim a dispor, desde 1995, de uma legislação sobre segurança de barragens que, apesar da falta das Normas de Exploração de Barragens, é uma das mais completas e coerentes do mundo. 5.3 - Estrutura do RSB O Regulamento de Segurança de Barragens compreende quatro capítulos: Disposições gerais, Controlo de Segurança, Medidas de Protecção Civil e Disposições Complementares e Transitórias. 5.3.1 - Disposições gerais Define-se o objecto do Regulamento, especifica-se o seu âmbito de aplicação, dão-se algumas definições e apresenta-se a estrutura de base da organização do controlo de segurança. Como aspectos fundamentais, chama-se a atenção para a criação da Comissão de Segurança de Barragens, para a enumeração dos organismos envolvidos no controlo de segurança, para as competências dos organismos públicos e para as obrigações do dono da obra e faz-se referência à forma de apuramento de responsabilidades. 5.3.2 - Controlo de segurança Em fase de projecto, depois de chamar a atenção para alguns aspectos gerais, o Regulamento define as principais peças que devem ser incluídas no projecto, fazendo referências especiais ao dimensionamento da barragem e sua fundação, aos órgãos de segurança e exploração, à albufeira e outros dispositivos.



Entendendo-se que a observação do comportamento da barragem é essencial para o controlo de segurança, é dedicada especial atenção ao plano de observação. Definem-se os objectivos essenciais, a constituição do plano, e as circunstâncias em que este deve ser revisto, adaptado e actualizado. Na fase de construção são estabelecidos alguns princípios a que deve obedecer o controlo de segurança nesta fase da vida da obra. É dado destaque especial à necessidade de existência de um livro técnico da obra, às acções a desenvolver com vista ao controlo de segurança durante a construção e às inspecções visuais e de rotina. Está previsto um arquivo técnico da obra relativo à construção, do qual fazem parte o livro técnico da obra relativo à construção e uma série de elementos que se enumeram. É hoje reconhecido que a fase mais crítica da vida da obra do ponto de vista da segurança é o primeiro enchimento da albufeira, durante o qual actuam pela primeira vez algumas das principais acções para as quais a barragem foi projectada. Com efeito, segundo o relatório da Comissão de Deterioração de Barragens e Albufeiras da Comissão Internacional das Grandes Barragens, e outros trabalhos, a percentagem das deteriorações das barragens de betão e alvenaria ocorridas durante o primeiro enchimento ocupa o segundo lugar e a percentagem de roturas o primeiro lugar. No que se refere às barragens de aterro a percentagem de deteriorações situa-se em terceiro lugar e a relativa às roturas em segundo lugar. Daí que o Regulamento dedique especial atenção a esta fase da vida da obra. O Regulamento estabelece a obrigatoriedade de uma inspecção prévia ao primeiro enchimento e do estabelecimento do respectivo plano do controlo de segurança, define a metodologia desse controlo e a obrigatoriedade de inspecções após o primeiro enchimento. A fase de exploração é a mais importante da vida da obra, pois é aquela durante a qual vai desempenhar as funções para que foi concebida e construída. Esta fase não é isenta de riscos, como o referem os estudos estatísticos. Com efeito, a bibliografia existente mostra que, nesta fase, as percentagens de deteriorações situam-se em primeiro lugar quer para as barragens de betão e alvenaria, quer para as de aterro; quanto às roturas, as percentagens situam-se em segundo lugar para as barragens de betão e alvenaria, e em primeiro lugar para as barragens de aterro. O Regulamento dedica, por isso, grande importância a esta fase da vida da obra, tornando obrigatória a existência de normas de segurança na fase de exploração. São referidos, em especial, o controlo de segurança durante a exploração e esvaziamento rápido da albufeira, os controlos de segurança hidráulica, operacional e ambiental, as inspecções, as medidas a tomar no caso de ocorrências excepcionais e circunstâncias anómalas e, finalmente, a obrigatoriedade da existência de um arquivo técnico da obra relativo à exploração.



O Regulamento prevê as situações de abandono e demolição da barragem, tornando obrigatória a elaboração do respectivo projecto, segundo regras que enumera, e refere a forma como devem ocorrer os trabalhos de demolição. 5.3.3 - - Medidas de Protecção Civil Devido ao elevado risco potencial das barragens, o Regulamento preocupa-se com as medidas de protecção civil a tomar em caso de acidente. São referidos, nomeadamente, os casos de acções de guerra e sabotagem, o plano de emergência de aviso e alerta. 5.3.4 - Disposições Complementares e Transitórias Este capítulo contempla a publicação das normas relativas ao projecto, construção, exploração e observação e inspecção de barragens, a aplicação do Regulamento às obras em construção e às construídas e finalmente à revisão do Regulamento. 6 - SEGURANÇA DE BARRAGENS

6.1 - Considerações gerais

As barragens constituem obras fundamentais numa politica consertada de desenvolvimento económico e social de um pais. Contudo, o aumento crescente dos consumos obriga a que mais obras desta natureza tenham que ser construídas, dado que permitem a criação de albufeiras com capacidade para satisfação de alguns dos seguintes objectivos:

• regularização dos caudais tendo em vista a satisfação das necessidades (domesticas, industriais e agrícolas)

• transferência de caudais de bacias hidrográficas com excedentes para outras deficitárias;

• protecção contra cheias;

• produção de energia

Em muitos casos as barragens são concebidas para desempenhar em simultâneo estas funções múltiplas. São no entanto, obras que, pelas suas características, exigem uma particular atenção no que se refere á segurança.



6.2 - Tipos de segurança O RSB considera cinco fases na "vida" de uma barragem relativamente às quais se colocam problemas de segurança:

• projecto; • construção; • primeiro enchimento; • exploração; • abandono e demolição;

Quanto a tipos de segurança, o RSB considera quatro:

• estrutural; • hidráulica; • operacional; • ambiental.

Faz também pouco sentido considerar a rotura da barragem no quadro da segurança ambiental.

O colapso de uma grande estrutura de engenharia civil é, essencialmente, uma questão estrutural. Em muitos casos esse colapso, no caso das barragens, resulta de factores hidráulico-operacionais, este tipo de segurança destaca-se em conexão com a segurança estrutural. Obviamente que tal colapso terá incidências ambientais mas é um abuso de linguagem considerá-lo um problema ambiental, a par de questões de transferência de populações, paisagísticas, climáticas, de qualidade das águas, arqueológicas, histórico-culturais e dizendo respeito à flora e à fauna. São, portanto, as segurança estrutural e hidráulico-operacional os dois tipos de segurança que, estando associados à rotura e consequente risco para vidas humanas, constituem o objectivo central de um estudo de segurança de barragens

Em suma, o princípio básico em segurança de barragens de concentração no essencial aponta para o seguinte cenário: rotura (ou seja, colapso estrutural) da barragem, que implique perda de vidas humanas, na qual podem estar envolvidos factores de índole hidráulico-operacional.

6.3 - Consequências da rotura

Por rotura de uma barragem entende-se qualquer ocorrência associada ao comportamento da barragem, dos respectivos órgãos de segurança e de exploração, susceptível de originar uma onda de inundação.



A onda de cheia causada pela rotura de uma barragem pode resultar numa perda significativa de vidas humanas e em grandes prejuízos materiais. Se bem que o segundo aspecto possa ser, de forma mais ou menos aproximada, contabilizado, já o mesmo não sucede relativamente ao primeiro, uma vez que a atribuição de valor à vida humana é um aspecto que levanta questões de ordem moral muito profundas.

Os efeitos da onda de cheia, em geral podem ser devastadores, principalmente para as zonas situadas imediatamente a jusante da barragem, podendo afectar o meio ambiente de forma violenta devido às elevadas velocidades do escoamento, à subida dos níveis de água resultante dos efeitos amplificadores da topografia do leito, e á grande quantidade de sedimentos que são arrastados aumentando e que aumentam o potencial destruidor da onda de cheia. 6.4 - Causas mais frequentes de roturas de barragens

Diversas são as causas que podem levar à rotura de uma barragem podendo um acidente resultar de diversas causas naturais ou ser provocadas pela acção humana. Estas últimas incluem, entre outras, as roturas decorrentes de actos de guerra ou sabotagem, de erros de projecto ou de construção, actuações incorrectas na exploração da albufeira ou de deficientes condições de manutenção ou de exploração dos equipamentos hidráulicos.

Algumas das causas que têm dado origem a roturas são, em geral múltiplas, (Johnson e Illes (1976) e em Singh (1996):

• Galgamento do corpo da barragem • Erosão interna do corpo da barragem • Erosão interna da fundação da barragem • Escorregamento da fundação da barragem • Acção de ondas da albufeira • Erosão da fundação a jusante da barragem

As barragens de aterro são as mais susceptíveis à rotura pela maior susceptibilidade dos materiais à erosão (solos e enrocamentos) e pelo menor controlo de qualidade dos mesmos (grande heterogeneidade do material). Para uma barragem de betão o galgamento pode não constituir um perigo para a respectiva integridade estrutural, enquanto que para barragens de aterro esta ocorrência significa provavelmente a sua rotura, parcial ou total.



7 - PLANO DE EMERGÊNCIA INTERNO 7.1 - Considerações gerais As barragens apresentam, a par dos importantes benefícios económicos e sociais que lhes estão associados, riscos potenciais, designadamente para as pessoas e bens eventualmente afectados pela onda de inundação que resultaria de uma rotura. Tais riscos foram especialmente sentidos por ocasião da intensa precipitação que se fez sentir, no Inverno de 1995-96, em Portugal Continental, de que resultou a rotura de algumas barragens de pequena dimensão e a verificação de situações de risco, do ponto de vista da segurança das populações, envolvendo algumas barragens de maior dimensão que, no entanto, puderam ser controladas de modo a que delas não resultassem acidentes. A mitigação das consequências de uma eventual rotura de uma barragem passa pela implementação de acções destinadas à melhoria das condições de segurança das barragens e pela elaboração de planos de emergência e de sistemas de aviso e alerta adequados, destinados à salvaguarda da vida de pessoas, bens e ambiente. A publicação em 1990 do Regulamento de Segurança de Barragens veio instituir a necessidade de as barragens possuírem planos de emergência. Esse preceito, de carácter genérico, não foi contudo acompanhado com uma especificação mais concreta do conteúdo pretendido para os planos. Com base em desenvolvimentos posteriores, nomeadamente acções e estudos levados a efeito pelo Instituto Nacional da Água (INAG), Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC), Instituto Superior Técnico (IST) e pelo Serviço Nacional de bombeiros e Protecção Civil (SNBPC), está hoje estabelecido que estes planos se dividirão em planos de emergência internos, cuja elaboração, actualização e execução é da responsabilidade dos donos de obra, e planos de emergência externos, cuja responsabilidade de execução é dos serviços de protecção civil abrangidos pela zona potencialmente afectada. (Silva, Matos Almeida e Rocha Afonso, (2005)) 7.2 - Breve introdução à constituição dos Planos de Emergência Internos (PEI) 7.2.1 - Objectivo O Plano de Emergência Interno tem por objectivo principal o controlo de uma eventual crise, enquadrando e orientando as principais acções a tomar na barragem, face a cada situação anómala ou perigosa que venha a ser detectada, por forma a garantir a intervenção humana mais correcta sob grande pressão psicológica, sem a necessidade de elaboração de estudos ou análises de base aprofundados ou a tomada de acções ou inconsequentes.



7.2.2 - Discriminação dos PEI Os planos de emergência internos a elaborar visam a definição das acções a desenvolver nas actividades de protecção da vida de pessoas, bens e ambiente nos vales a jusante das barragens. A extensão da zona a abranger no PEI é definida aplicando os critérios actualmente aceites pela Protecção Civil para essa definição aos elementos constantes dos estudos de propagação nos vales a jusante das ondas de cheia estudados para o caso limite da rotura da barragem. Deve ainda, nos casos considerados necessários, proceder-se à elaboração do sistema de aviso e alerta. O PEI deve dizer respeito à gestão de situações de risco relacionadas com a barragem, albufeira e zona do vale imediatamente a jusante (zona em relação à qual se considera não haver tempo suficiente para alertar os agentes de protecção civil e para que estes, por sua vez, avisem as populações do local), e nele genericamente se identificam o conjunto de procedimentos ou de acções relativos à segurança nessas situações, ao alerta aos Serviços de Protecção Civil e aos avisos e evacuação das populações em risco no vale a jusante. É da responsabilidade do dono da obra a elaboração, actualização e execução do PEI, devendo custear e manter em boas condições de funcionamento todos os meios necessários às acções e procedimentos definidos no PEI. Assim, o dono da obra deve dar indicações sobre a atribuição do nível de alerta em que se encontra a barragem em correspondência com a detecção, avaliação e classificação da gravidade da anomalia na barragem ou evento detectada nas actividades devidas ao controle de segurança da barragem. O PEI é aprovado pelo INAG, ouvido o SNBPC sobre os procedimentos de aviso e de alerta (extensão de aviso pelo Dono da Obra, sistemas de alerta e de aviso, lista de entidades a alertar). Devem os PEI ser claros e de muito fácil leitura (não devendo ser portanto sujeitos a interpretações) deve-se procurar a padronização da sua forma de apresentação e conteúdo de modo a que os volumes que os constituam sejam sempre subordinados ao mesmo tema e que os aspectos abrangidos em cada um deles sejam os considerados necessários a uma correcta gestão das situações de emergência que porventura se possam vir a colocar. Assim, preconiza-se a adopção de um modelo de apresentação dos PEI em que cada plano seja constituído por um volume geral contendo uma parte descritiva relativa à caracterização geral das áreas em estudo, uma explicação sumária de como lidar com as situações de emergência e a abordagem de algumas questões relativas à gestão do próprio plano e um conjunto de seis anexos com informação específica sobre a actuação em caso de emergência e informações sobre os meios e as acções a desenvolver, organizados separadamente com o fim de facilitar a actualização da informação neles contida, versando cada um deles um tema específico



do PEI e que no seu conjunto encerrem uma avaliação compreensiva e exaustiva de todos os aspectos ligados ao planeamento de emergência da barragem, focalizando a abordagem na vertente interna. Os anexos específicos a elaborar devem incidir sobre os temas que a seguir se enunciam:

• Principais características da barragem; • Mapas de inundação – zonas de intervenção; • Acessos da barragem; • Diagrama de notificação; • Actuação em cada nível de emergência; • Situações que iniciam os níveis de alerta – medidas preventivas/correctivas;

7.2.3 - Estrutura e constituição O PEI poderá ser constituído pelas seguintes partes principais:

a) Introdução, com a identificação da barragem (localização e aspectos gerais). b) Responsabilidade e Autoridade, identificação do dono da obra e das principais

autoridades sobre a exploração da barragem; identificação do técnico responsável pela segurança da barragem e pela aplicação do PEI.

c) Desenvolvimento da Acção, o que implica a identificação das potenciais situações

anómalas que constituem riscos à segurança da barragem.

d) Sistema de comunicações, para ser possível por em operação o PEI e o desencadeamento das acções consistentes com o nível de emergência definido, há que prever a barragem com um sistema de comunicações (internas e externas) fiável e operacional.

e) Acções mitigadoras ou de segurança, de acordo com o tipo de situação detectada e o

nível de emergência fixado, o PEI deverá indicar as principais acções a tomar, incluindo prioridades e condicionamentos (manobras de comportas). Neste aspecto, as acções definidas pelo PEI poderão estar incluídas em anexos específicos actualizáveis com a experiência ou sucessivamente acrescentadas com novas recomendações.

f) Organização interna, indispensável para um controlo de crise eficaz incluirá a existência

de um centro (sala) de actuação ou de controlo com a informação indispensável (arquivo técnico) e sistemas de transmissão internos e externos fiáveis; o isolamento da área da barragem e a segurança interna deve estar previsto no PEI de forma a evitar que a eficácia da gestão da crise seja posta em causa por interferência estranha à cadeia de decisão e operação.



g) Informação à comunicação e ao público, caso esteja previsto, em função do nível de emergência, deverão estar bem definidos os canais de informação a partir da barragem os quais deverão estar coordenados com o controlo de informação que vier a ser estabelecido a um nível mais elevado (e.g. pela protecção civil). Salienta-se a informação (sistema de alerta e de aviso) às populações no trecho do vale a jusante próximo da barragem.

h) Relatórios de Acidentes e Incidentes, passados incluindo consequências, medidas

tomadas nas situações de emergência e recomendações para alteração de procedimentos ou proposta de novos procedimentos operacionais.

i) Formação, Treinos, Actualização e Revisão, deverão ser previstos os procedimentos a

seguir na barragem durante os exercícios para treino operacional do pessoal técnico da barragem, em conjugação com a Autoridade (INAG). Estes treinos servirão de base a eventuais actualizações ou revisões do PEI. Os exercícios servirão também para formação ou refrescamento do pessoal responsável pela exploração e segurança da barragem.

j) Documento dos Cenários Potenciais de Risco Hidrodinâmico, elaborado pelo dono da

obra deverá ser anexado ao PEI de forma a ser possível um adequado entendimento entre os responsáveis pela gestão da crise na barragem e no vale a jusante, respectivamente.

7.3 - Níveis de alerta

De acordo com a experiência existente em diferentes países, as acções de resposta devem ser agrupadas em função dos níveis de alerta ou de emergência. Assim, para cada nível, estabelece-se uma clara descriminação das circunstâncias segundo as quais esse nível é adoptado 7.3.1 - Nível 0 ou Azul (nível normal ou de rotina)

Correspondente às condições normais de exploração, com o equipamento operacional e a estrutura em condições de segurança, não sendo previsíveis condições ambientais adversas.

Este é um nível de referência que não constitui qualquer estado de alerta ou emergência,

mantendo-se, contudo, os dispositivos normais de vigilância e detecção previstos para cada barragem específica.

Durante esta fase, todas as decisões para controlo da situação e para desactivação do nível de alerta Azul ou activação do nível de alerta amarelo são da responsabilidade do Dono da Obra.



7.3.2 - Nível 1 ou Amarelo (nível de alerta interna ou de prevenção) Corresponde a uma primeira mobilização de atenção face a uma potencial situação adversa (meteorológica) que seja prevista ou esteja em desenvolvimento; os meios normais de operação devem ser mobilizados para uma eventual actuação caso a situação venha deteriorar-se; trata-se de um nível de âmbito interno o que significa que a cadeia de notificação pode ficar, numa primeira fase, restrita à equipa e à organização interna da exploração da barragem. O sistema de comunicações deve ser testado. Neste nível pode ocorrer a necessidade de proceder a descargas preventivas para jusante, devendo, então, ser activada a cadeia de informação (para o vale a jusante) adequada e prevista nas normas de exploração e no PEI. Nesta fase, o Técnico Responsável pela Exploração ou o Dono da Obra deverá:

a) informar a Autoridade e o Serviço Nacional de Protecção Civil, ou o seu representante local;

b) continuar a vigilância permanente da situação (durante o período normal de trabalho ou, eventualmente, ao longo de 24 horas, consoante se julgue necessário) e aplicar medidas correctivas;

c) promover, se possível, uma reunião diária, semanal, ou com outra periodicidade que se revele adequada, com o Dono da Obra e a Autoridade ou seu representante;

d) continuar a registar, no livro técnico da obra, todas as ocorrências bem como os níveis atingidos na albufeira.

Se as medidas correctivas ou preventivas surtirem efeito ou se desaparecerem as condições que levaram à activação do nível de alerta 1 ou Amarelo, todas as entidades atrás mencionadas deverão ser avisadas. Progressivamente, passar-se-á para o nível 0 ou nível de situação normal de rotina. Se as condições continuarem a agravar-se dever-se-á passar para o nível de alerta Laranja.

Na fase de alerta Amarelo, as decisões continuarão a ser da responsabilidade do Dono da Obra ou da Autoridade, no caso de esta conseguir deslocar para o local um técnico qualificado e devidamente credenciado para o efeito. 7.3.3 - Nível 2 ou Laranja (nível de alerta geral)

Corresponde a um agravar da situação precedente incluindo a ocorrência de algum evento muito adverso ou um incidente inesperado (sismo). Nesta situação considera-se que a segurança da barragem e/ou a segurança do vale a jusante podem ficar sujeitas a uma ameaça grave. O PEI deve enquadrar e definir os procedimentos de gestão do risco interno exigidos ao mais alto nível de competência e qualificação de forma a diminuir a probabilidade de acidente grave na



barragem face à situação perigosa presente. Este nível corresponde à constatação de que o controlo da segurança pode vir a deteriorar-se existindo mesmo uma elevada probabilidade de ficar fora do controlo operacional. A cadeia de notificação deverá, nestas circunstâncias, ser corrida em toda a sua extensão pois poderá vir a ser necessário mobilizar o Plano de Emergência Externo no vale a jusante. O aviso, na zona do vale próxima da barragem, poderá ser desencadeado pelo responsável da segurança da barragem. Neste nível de alerta, que constitui uma autêntica emergência, deverão ser tomadas decisões a nível interno com repercussões possíveis a nível externo, no vale a jusante, que dependerão, entre outros factores, do tipo de barragem. A comunicação entre o responsável pela situação ou pelo controlo da barragem e dos órgãos da mesma e o responsável pelo controlo da segurança no vale a jusante (protecção civil) é vital para o controlo integrado do risco. Com efeito, as populações nas zonas previamente identificadas como sendo de maior risco (através dos cenários potenciais de risco hidrodinâmico anexos aos planos de emergência) devem ser avisadas ou colocadas em prevenção rigorosa, de acordo com procedimentos previamente estabelecidos, e prontas a evacuar as zonas críticas caso a situação venha a piorar. Em situação de nível de alerta Laranja, deverá estar presente no local, permanentemente, um representante da Autoridade, bem como do Dono de Obra. O Técnico Responsável pela Exploração ou o Dono da Obra deverá desencadear o aviso à população. Nesta fase, a entidade responsável pelas decisões é a Autoridade ou, no caso de esta não estar presente em obra, será o Dono da Obra. Após alteração significativa da situação, essa entidade deve decidir se passa ao nível de alerta vermelho ou se volta ao nível de alerta Amarelo. Em ambos os casos, o Serviço Nacional de Protecção Civil deverá ser avisado.

O Técnico Responsável pela Exploração poderá emitir o alerta Laranja à Autoridade do Serviço Nacional de Protecção Civil, no caso de os contactos com o Dono da Obra e com o INAG falharem. 7.3.4 - Nível 3 ou Vermelho (nível de catástrofe) Corresponde à constatação que a situação de segurança vai deixar ou deixou de ser controlável a nível interno (na barragem), nomeadamente: que a probabilidade de ocorrer um acidente grave provocando uma cheia catastrófica para jusante é muito elevada; que é inevitável a rotura da barragem; que o processo de rotura já se iniciou; ou que a barragem rompeu.



A cadeia de notificação deve funcionar em pleno. As acções de gestão de risco interno terminam e o risco, a nível externo, só poderá agora ser controlado pelas actuações enquadradas e previstas pelo Plano de Emergência Externo, incluindo a aplicação do plano de evacuação e de resposta previamente preparado, tendo em conta a carta de risco hidrodinâmico e os procedimentos definidos em função dos tempos de chegada da frente da onda de cheia e do grau de perigosidade hidrodinâmica nas áreas inundáveis. Nas barragens a jusante, os responsáveis pela segurança das mesmas deverão preparar, por sua vez, as medidas de segurança necessárias e declarar o nível de alarme ou de emergência que considerarem mais adequado, tendo em conta as previsões dos cenários de risco hidrodinâmico, incluindo o efeito da cheia induzida pela barragem em rotura nas albufeiras e barragens a jusante. A este nível corresponderá a efectivação máxima do sistema de aviso, em toda a área em risco, de forma a desencadear e concluir, com o maior êxito possível, a evacuação das populações para as posições seguras previamente seleccionadas. A declaração do início e fim desta situação de emergência será da responsabilidade da Autoridade, ou, no caso de esta não estar presente em obra, do Dono da Obra. O Técnico Responsável pela Exploração poderá emitir o alerta Vermelho, no caso de os contactos com o Dono da Obra e com o INAG falharem, devendo o primeiro avisar os segundos quando possível. 7.4 - Intervenientes e responsabilidades De acordo com o Regulamento de Segurança de Barragens (RSB), enumeram-se de seguida os principais intervenientes em caso de emergência e as respectivas responsabilidades: i. Técnico Responsável pela Exploração

É um técnico com formação profissional adequada à importância da obra, encarregado da exploração e segurança da barragem. ii. Dono da Obra

O Dono da Obra é a entidade responsável pela obra perante a Administração Pública. Constituem suas obrigações:

a) promover a observação do comportamento da barragem de acordo com o Plano de Observação, assim que o sistema de observação estiver instalado;



b) comunicar à Autoridade ocorrências excepcionais e anomalias e promover medidas para as remediar;

c) suportar as despesas originadas pelo controlo da segurança (incluindo a formação inicial, teste e optimização do PE e exercícios de simulação) e outros estudos considerados indispensáveis pela Autoridade;

d) organizar e manter actualizado o arquivo técnico da exploração; e) desencadeamento do processo de emergência na barragem e aviso à população para

evacuação.

iii. Autoridade

A Autoridade é representada pelo Instituto da Água (INAG), entendido como organismo central com competência genérica de controlo da segurança das barragens. Em caso de acidente, a Autoridade deverá nomear uma comissão de inquérito para estudar o sucedido. iv. Serviço Nacional de Protecção Civil

O Serviço Nacional Protecção Civil (SNPC) deverá assegurar o planeamento de emergência e a coordenação das acções de socorro. 7.5 - Cadeia de decisão A cadeia de decisão para actuações em caso de emergência deve ser definida através de um fluxograma, por exemplo. Devem ser identificados todos os principais intervenientes bem como os respectivos meios de contacto. Em qualquer caso, deve estar claramente definido qual é o poder de decisão de cada um dos intervenientes, bem como os circuitos das decisões, podem ser representados de acordo com a figura seguinte (Viseu e Almeida, (1996)). Cada elemento da cadeia de decisão deve ser identificado pela seguinte informação: a) nome, morada e cargo oficial, b) telefone e fax da instituição, c) telefone da residência e d) telemóvel e e-mail.



Figura VII.1 – Fluxograma de notificação do plano de emergência

7.6 - Limites dos estudos As considerações efectuadas anteriormente, no que respeita à abordagem dos riscos potenciais a nível global da bacia hidrográfica, conduziriam, em primeira análise, à necessidade de efectuar a propagação da onda de inundação até à foz do rio principal que determina a bacia hidrográfica, qualquer que fosse a barragem em estudo. Na realidade, em face da dimensão da barragem, das características da cheia produzida pela sua rotura, das características de amortecimento da mesma que o vale a jusante proporciona à sua propagação, pode não haver justificação para alargar o estudo até à foz, no mar. Dadas as características de que se revestem as ondas de cheia associadas a roturas de barragens há três grandezas que são importantes na sua análise:

• caudal máximo em cada secção (ou a correspondente velocidade média); • instante em que a onda “chega” a uma dada secção, ou seja, o tempo que medeia entre

a ocorrência do acidente e o início da subida do nível; • a velocidade de subida do nível.

Um possível critério para a definição do limite de um estudo é a comparação dos caudais de cheias naturais estimados para cada uma das secções do vale a jusante com o caudal máximo



correspondente à cheia artificial produzida pela rotura. Ou melhor, a comparação das alturas de água associadas a cada um dos caudais de cheia referidos. De facto, um aspecto a ter em consideração é o efeito surpresa que está associado a ondas deste tipo. Assim, a velocidade de subida do nível da água quando a frente de onda atinge determinado local pode ser consideravelmente superior à associada a cheias naturais, podendo a comparação desses valores constituir um critério a adoptar. Se o curso de água principal tiver uma dimensão tal que a onda de cheia associada a uma barragem localizada num dos seus afluentes seja facilmente “absorvida”, poderá limitar-se o estudo à foz (confluência) do afluente com o curso principal. De facto, a dimensão do curso de água principal pode ser tal que o acréscimo de caudal devido ao hidrograma proveniente do afluente seja desprezável não havendo justificação para uma extensão do estudo. (Almeida e Franco 1993) A definição do limite do estudo deverá ter em atenção a existência de aglomerados populacionais importantes no vale a jusante ou de estruturas socio-económicas estratégicas, relativamente às quais interessa obter informação relativa à onda de inundação. 8 - MODELAÇÃO DE ROTURA DE BARRAGENS DE ATERRO 8.1 - Considerações gerais De acordo com RSB e as Normas de Projecto, definidas na Portaria 846/93 de 10 de Setembro, estabelece-se a obrigatoriedade do estudo da zona inundável a jusante da barragem, por simulação da rotura de modo súbito ou progressivo da mesma, parcial ou total, conforme o modo de rotura mais provável. 8.2 - Mecanismo de rotura 8.2.1 - Galgamento (overtopping) O galgamento ("overtopping") é a passagem da água sobre a barragem. O galgamento pode ser causado pelo um mau dimensionamento do descarregador de superfície, e ocorre quando entra na albufeira um caudal grande originado por uma forte precipitação ou pela formação de uma onda dentro da albufeira, de origem sísmica ou provocada pelo deslizamento de uma grande quantidade de terra das encostas. Se o tempo e a intensidade do galgamento são suficientes, inicia-se uma brecha em um ponto qualquer mais fraco na crista da barragem, e esta brecha cresce com o tempo, por erosão,



numa velocidade que depende do material da barragem e das características da albufeira. A figura VIII.1 demonstra a formação de uma brecha por galgamento.

Figura VIII.1 - Possível geometria da brecha numa situação de rotura por galgamento:

a) início em um ponto mais fraco; b)brecha em forma de “V”; c) aprofundamento da brecha; d) aumento lateral por

erosão

Convém referir, que a causa mais frequente dos acidentes é o sub-dimensionamento do descarregador de superfície, problema que ocorre com alguma frequência em pequenas barragens 8.2.2 - Erosão interna do solo (piping)

A rotura de barragens também pode ser causada por erosão interna (piping), que resulta da passagem da água através das paredes da barragem. A água que se movimenta através da barragem, ou de suas fundações, pode resultar na formação de uma brecha, se os volumes de água e material sólido superam determinados limites de segurança. A brecha inicia como um poro em um ponto qualquer da barragem e este poro cresce, por erosão, para todos os lados, até ocorrer o colapso. Este problema é de especial importância nos encontros e nas interfaces entre o corpo do aterro da barragem e os elementos de betão das estruturas hidráulicas, como a conduta da descarga de fundo por exemplo A figura VIII.2 mostra a formação de uma brecha por erosão interna, típica de barragens de terra.

Figura VIII.2 - Possível geometria da brecha numa situação de rotura por erosão interna

a) Surgimento do poro (pode ser na base da barragem; b) Aumento por erosão; c) Colapso do paramento superior e

erosão lateral

(a) (b) (c) (d)

(a) (b) (c)



Um dos acidentes resultantes deste tipo de rotura foi o caso da barragem de Teton, no estado de Idaho, nos Estados Unidos, ocorrido em 5 de Junho de 1976 é o caso melhor documentado de todos os que ocorreram até hoje.

Figura VIII.3 - A barragem de Teton durante a rotura

A barragem de terra, de cerca de 90 m de altura, rompeu no primeiro enchimento do

reservatório de 356 Hm3, em cerca de uma hora e meia a cheia resultante deixou um saldo de 11 mortes, 25000 desabrigados e 1 bilião de dólares de prejuízo.

Formou-se uma brecha de 190 m de largura por 79 m de altura, a partir de um ponto 50 m acima da base da barragem, numa típica formação de brecha por erosão interna (piping) de barragem de terra.

A falha iniciou e cresceu lentamente por duas horas, até que ocorreu o colapso do paramento superior, e em aproximadamente 12 minutos atingiu seu tamanho máximo (Fread, 1991). O caudal máximo liberado na rotura foi de 66000 m3/s.

O vale a jusante da barragem tem geometria bastante complexa, iniciando com um trecho bastante encaixado nos primeiros 8 Km, que se abre para uma larga área que foi inundada até uma largura de 14,5 Km. 8.3 - Modelação da brecha Sendo a modelação da brecha na barragem um aspecto fundamental na simulação computacional das cheias induzidas pelo acidente ou cenário que se pretende estudar. Um dos modelos que permite modelar a forma da brecha, é o DAMBRK, desenvolvido pelo "National Weather Service" que a considera como um descarregador de geometria variável, cuja dimensão aumenta devido à erosão provocada pela água.



Este modelo tem em conta, simultaneamente o comportamento dinâmico na albufeira e no vale a jusante, a barragem e a respectiva brecha constituem uma condição de fronteira interna que depende, nomeadamente, dos seguintes factores:

• tipo de geometria variável ou modo de abertura da brecha durante a fase de abertura e na fase final;

• dimensões finais da brecha; • duração da fase de abertura da brecha.

As características da brecha dependem, basicamente,

• do tipo de barragem; • da causa do acidentes e da rotura.

Nas barragens de aterro a rotura é, em geral, gradual e parcial; é o tipo de barragem onde a brecha iniciada por erosão interna por percolação ou por galgamento leva mais tempo a evoluir. Iniciando-se o processo de erosão na zona mais fraca com uma elevada taxa de erosão na vertical e de seguida inicia-se a erosão lateral e a brecha alarga até se atingir uma situação de equilíbrio.

8.3.1 - Descrição da brecha

A brecha é a abertura formada na barragem, pela qual a água do reservatório passa, alargando e aprofundando a abertura.

No modelo DAMBRK a brecha é determinada por três parâmetros básicos representando o tempo de formação, largura final do fundo e variadas formas dependendo da tangente do lado do trapézio que descreve a brecha. Esta caracterização paramétrica da brecha é utilizada por razões de simplicidade, e pela incerteza do mecanismo real de abertura e formação.

8.3.1.1 - Geometria da brecha

O parâmetro de forma Z identifica a declividade do lado da brecha, como pode ser visto na figura VIII.4. O valor de Z depende do ângulo de repouso do material da barragem. Formas retangulares, triangulares ou trapezoidais podem ser definidas por combinações dos parâmetros Z e b.

O modelo assume que a brecha se inicia num ponto e cresce, linearmente ou não, com o tempo, até que a largura da base da brecha seja igual a largura máxima da base especificada e a altura da base da brecha seja igual a uma altura previamente especificada hbm .

Se o tempo de formação da brecha t for menor que 1 minuto a largura da base inicia-se com o valor de b e não de zero, para representar uma rotura por galgamento e não por erosão.



Figura VIII.4 - Vista da barragem e brecha em formação

A altura da base da brecha é calculada como uma função do tempo t de acordo com a

equação seguinte:

( )ρ

−−=t

thhhh b

bmddb Se ttb <<0 Eq.(8.1)

onde:

hbm a altura final da base da brecha, que é normalmente, a altura da base da albufeira ou do canal a jusante, tb o tempo desde o início da formação da brecha, ρ o parâmetro que determina o grau de não-linearidade da relação com o tempo. Varia de 1 a 4 , geralmente utiliza-se ρ=1. A largura instantânea da base da brecha pode ser dada pela equação seguinte:

ρ

=t

tbb b

i . Se ttb <<0 Eq.(8.2)

No entanto e de acordo com Johnson e Illes (1976) em barragens de aterro, a brecha completamente formada tende a apresentar uma largura média (B) de:

HBH 3.5,0 << onde H altura da barragem.

Pelo que a largura da brecha em barragens de terra é muitas vezes inferior à largura total da

barragem. No entanto e de acordo com Froehlich (1987), propõe uma formulação que permite

estimar os parâmetros correspondentes à configuração final da brecha baseada em dados referentes a roturas existentes:

h0

hb hbm

b

Z

1



19,032,0001803,0 BB hVKW ×××= Eq.(8.3)

9,053,0000254,0 −××= BB hVt Eq.(8.4)

Onde: WB largura média de brecha tB tempo de formação da brecha K0 1,0 para erosão interna e 1,4 para galgamento hB altura de água na base da brecha (normalmente altura da barragem)

8.3.1.2 - Tempo de rotura

O tempo de formação de uma brecha em barragem de terra é usualmente maior, dependendo da altura da barragem, do material utilizado na construção, do grau de compactação e da magnitude e duração da vazão de galgamento. O tempo de formação da brecha é maior em casos de piping que em casos de galgamento. De acordo com estudos efectuados por Froelich, 1987, citado por Viseu, 1996, o tempo de rotura de uma barragem de aterro pode ser estimado por:

5,0

2007,0

=

o

barrrot

H

Vt Eq. (8.5)

onde: trot tempo de rotura da barragem (hr) H0 altura da barragem (m). Vbarr volume de armazenamento (m3)

De acordo com o Bureau of Reclamation (EUA), nas barragens de terra a rotura é gradual e os tempos de rotura destas estarão entre os seguintes limites, de acordo com um método aproximado baseado na altura da água inicial na albufeira H0:

25,0020,0015,0 00 +<< HtH rot Eq. (8.6)

A estimativa do tempo de formação da brecha é um parâmetro que introduz grande incerteza, principalmente quando o reservatório é pequeno. Nestes casos deve ser realizada uma simulação considerando o tempo mínimo possível e outra considerando o tempo máximo. 8.3.2 - Análise de sensibilidade

Estimar parâmetros de formação da brecha introduz um grau de incerteza nos resultados da simulação com o modelo DAMBRK. Erros na estimativa destes parâmetros reflectem-se



directamente no caudal de pico do hidrograma de rotura. Este pico é fortemente amortecido na propagação da onda a jusante, principalmente se o vale a jusante for bastante largo. Testes de sensibilidade aos parâmetros podem ser feitos em seguidas simulações com o modelo e comparando os valores de picos de cheia nos locais a jusante. Desta forma os efeitos da incerteza na estimativa dos parâmetros podem ser controlados. 8.3.3 - O caudal efluente pela brecha

A ocorrência da rotura de uma barragem induz um rápido aumento de caudal a jusante da estrutura. Regra geral, o caudal máximo de cheia provocado por uma rotura é muito superior ao caudal de cheia projecto e depende do nível de água na albufeira no início da rotura. Diversas fórmulas, empíricas e racionais, têm sido apresentadas para a determinação do caudal máximo efluente consequente de uma rotura. Apresenta-se seguidamente, algumas expressões que permitem o cálculo do caudal máximo efluente:

� Formula de Ritter – para rotura instantânea

23

027

8HgBQM = Eq.(8.7)

onde: QM caudal máximo efluente (m3/s) B largura do vale de secção rectangular onde se encaixa a barragem (m) g aceleração gravítica (m.s

-2) H0 altura inicial de água a montante da barragem (m) A solução de Ritter para o cálculo do caudal máximo efluente corresponde à seguinte configuração da superfície livre do escoamento após a rotura da barragem numa secção rectangular, sem dissipação de energia.

Figura VIII.5 – Solução de Ritter para a rotura completa e instantânea de uma barragem em canal rectangular



� Fórmula de Schoklitsch – para rotura parcial

23

41

027

8HgB

B

BQ b

b

M

= Eq. (8.8)

onde: Bb largura da brecha

B largura do vale de secção rectangular onde se encaixa a barragem (m) H0 altura inicial de água acima da cota final da brecha (m) g aceleração gravítica (m.s

-2) De entre as muitas fórmulas empíricas existentes na bibliografia, a fórmula de Froehlich (1987), baseada em 22 acidentes documentados, é considerada actualmente como sendo uma das mais adequadas para rotura em barragens de aterro:

� Fórmula de Froehlich

24,10

295,00607,0 HVQM = Eq. (8.9)

onde: V0 volume inicial de água acima da cota final da brecha (m3) H0 altura inicial de água acima da cota final da brecha (m). Diversos autores defendem que, no caso de uma rotura completa e muito rápida e durante

os primeiros instantes, a altura da onda de cheia no vale pode atingir 60% da altura inicial de

água a montante da barragem.

9 - MODELAÇÃO HIDRODINÂMICA DA ONDA DE CHEIA

9.1 - Considerações gerais Existem diversos modelos numérico-computacionais para simulação do escoamento provocado pela rotura de barragens, no entanto será utilizado um modelo dinâmico completo com base nas equações de Saint-Venant, que regem o fenómeno de propagação da onda de cheia.



9.2 - Modelo de propagação da onda de cheia O modelo DAMBRK, foi desenvolvido pelo "National Weather Service" e permite simular a rotura da barragem, calcular o hidrograma originado pelo esvaziamento do reservatório e modelar a onda de inundação no vale a jusante da barragem. O estudo e simulação das cheias provocadas pela rotura de barragens compreendem, neste modelo, as seguintes fases:

a) simulação do processo de formação da cheia, condicionado pelo tipo de rotura (total, parcial, instantânea, gradual.) e pelas características da brecha (geometria, dimensões e tempo de rotura);

b) simulação do processo de propagação da cheia, baseado no estudo e modelação dos regimes hidráulicos transitórios de modo a caracterizar os seguintes parâmetros: tempo de chegada da frente de onda de cheia, cota máxima, caudal máximo.

Na utilização deste modelo a onda de inundação depende essencialmente das seguintes características:

a) características da brecha de rotura, que influenciam a formação da onda na secção da barragem e que dependem fundamentalmente das características da barragem e das causas da rotura;

b) condições iniciais na albufeira e nos troços do rio a jusante; c) morfologia do vale a jusante, que influencia a propagação da onda, e que depende da

rugosidade do leito e margens, das perdas de carga locais, das zonas de armazenamento, etc.

A definição destes aspectos leva à concepção de cenários de rotura, onde se atribuem valores aos diversos parâmetros, nomeadamente à geometria da brecha (através da largura da base e da inclinação dos lados), ao tempo de rotura, à cota dos níveis de água na albufeira no instante inicial e aos coeficientes de rugosidade nos troços de propagação 9.2.1 - Caracterização do escoamento O escoamento da água em canais naturais, é um processo distribuído, dado que o caudal, a velocidade e altura da lâmina de água variam no tempo e no espaço. Pode ser traduzido matemáticamente pelas equações de Saint-Venant, as quais se traduzem pela equações da conservação da massa ou continuidade e conservação da quantidade de movimento. Estas equações diferenciais ás derivadas parciais podem ser deduzidas com base nos seguintes pressupostos:



a) o escoamento varia gradualmente ao longo do canal, podendo desprezar-se as acelerações verticais e considerar a distribuição de pressões segundo a vertical hidrostática;

b) o escoamento é unidireccional em toda a extensão do canal; c) o eixo longitudinal do canal é aproximadamente uma linha recta; d) o declive do fundo é pequeno e o fundo não é móvel; e) os coeficientes de rugosidade para escoamentos em regime não permanente são

similares aos do regime permanente e uniforme, podendo utilizar-se as equações de Manning ou Chézy para os quantificar;

f) o fluido é incompressível e homogéneo

De acordo com a figura seguinte e considerando um comprimento do volume de controlo dx, o volume que entra na secção (1), no intervalo de tempo dt é igual a: Q.dt

O volume da contribuição lateral, no mesmo período de tempo é dado por:

dxdtq. Eq. (9.1)

O volume que sai na secção (2) é: dtdxx

QQ

∂∂+ Eq. (9.2)

O volume armazenado num comprimento infinitesimal no intervalo dt é :

dxdtt

A

∂∂

Eq. (9.3)

Então: dxdtqdtdxz

QQQdtdxdt

t

A.+

∂∂+−=

∂∂

Eq. (9.4)

Dividindo a equação (9.4) por dx e dt, resulta a equação da conservação da massa ou

continuidade para escoamentos não permanentes:

qx

Q

t

A =∂∂+

∂∂

Eq. (9.5)

Em que: Q caudal (m3/s) t variável tempo (s); dx distância medida na direcção do escoamento(m); A secção transversal do escoamento (m2); q caudal de percurso (m3/s/m)



Figura IX.1 – Variáveis da equação da continuidade

Considerando um volume infinitesimal, a quantidade de movimento (q.m) é obtida através

da soma dos vectores na direcção longitudinal (q.m) que entra no volume, menos (q.m) que sai, mais a (q.m) das forças que actuam no volume de água é igual variação da (q.m) no intervalo de tempo considerado. A variação da (q.m) no trecho dada por:

( ) ( )

∂∂=

∂∂=

∂∂+−

A

Q

xA

xdx

x

AAA

22

222 ρρνρνρνρν Eq. (9.6)

As forças da gravidade, atrito e pressão são as principais que actuam sobre o escoamento.

Figura IX.2 – Variáveis da equação da quantidade de movimento

A componente da força devido á gravidade que actua sobre o fluido no interior do volume

na direcção do escoamento é determinada como sendo o produto do peso volúmico pelo volume do fluido pelo seno do ângulo que o fundo faz com a horizontal. Para inclinações pequenas o seno é aproximadamente igual á tangente:

dxSAgdxsenAgFg 0×××≈×××= ρθρ Eq. (9.7)



Considerando a distribuição de pressão hidrostática, a resultante de pressão é dada por:

dxgIdxx

IgFp 2

1 +∂∂−= Eq.(9.8)

Onde: ( ) ( ) dhdx

BhyIedhBhyI

yy

yy

00

2

0

1−

∂−=−= ∫∫ ρρ Eq.(9.9)

onde:

y altura de água (m) B largura superficial da secção molhada (m)

A força de atrito, resultante da resistência do fundo e paredes ao escoamento é dada por:

dxPFa ..τ−= Eq.(9.10)

onde: τ tensão tangencial ou de arrastamento P perímetro molhado dx comprimento do volume de controlo

A tensão tangencial ou de arrastamento é dada por:

fSR..γτ = Eq.(9.11)

onde: γ peso volúmico do fluido R raio hidráulico Sf declive da linha de energia como o peso volúmico e o raio hidráulico são dados por:

P

AReg == .ργ Eq.(9.12)

Substituindo na equação (9.10) a tensão tangencial define-se como:

dxSAgF fa ....ρ−= Eq.(9.13)

Somando os termos da equações (9.5, 9.6, 9.7 e 9.8) e dividindo por dx e ρ, resulta a

seguinte equação diferencial na forma divergente (CUNGE, 1980)



( ) 201

2

... IgSSAgIgA

Q

xt

Qf +−=

+

∂∂+

∂∂ Eq.(9.14)

Desenvolvendo os dois termos da equação (9.8) obtêm-se:

( ) ( )∫ +∂∂=

∂∂−+

∂∂=

∂∂

−

y

yy

Ix

yAgdh

x

Bhyg

x

yAg

x

Ig

0

21 ..

.

0

Eq.(9.15)

Substituindo na equação (9.13), obtêm-se a equação da conservação da quantidade de movimento ou dinâmica:

( )fSSAg

x

yAg

A

Q

xt

Q +=∂∂=

∂∂+

∂∂

0

2

.. Eq.(9.16)

As equações da conservação da conservação da massa ou continuidade Eq. (9.5) e

conservação da quantidade de movimento ou dinâmica Eq. (9.16) podem ser representadas de varias formas. No entanto e como se trata de escoamento em superfície livre em regime gradualmente variado as variáveis dependentes são a velocidade (V) e a altura de água (y).

Considerando, AVQ = e desprezando a contribuição lateral e a variação de largura do

canal, podem-se escrever as referidas equações da seguinte forma:

0.... =∂∂+

∂∂+

∂∂

x

yBV

x

yA

t

yB Continuidade Eq.(9.17)

( )fSSgx

yg

x

VV

t

V −=∂∂+

∂∂+

∂∂

0... Dinâmica· Eq.(9.18)

A sua resolução é efectuada recorrendo a um esquema implícito no qual é possível

introduzir condições de fronteira internas que descrevem o comportamento das estruturas hidráulicas que se encontram no leito. 9.2.2 - Rugosidade do canal

O coeficiente de rugosidade utilizado na perda de carga por atrito é incluído através do termo Sf da equação 9.18. A forma de obter Sf que representa a rugosidade, é através do coeficiente de Manning n. Este coeficiente deve representar a influência do material do fundo e das margens do rio, das obstruções do canal, da irregularidade das margens, e especialmente da vegetação.

A vegetação é responsável pela grande variação da rugosidade n com a profundidade. Quando a lâmina de água aumenta e a vegetação é de porte pequeno, esta pode se deitar de



acordo com a velocidade da água e n tende a diminuir. Já quando a vegetação é de maior porte n pode aumentar a medida que a profundidade aumenta porque galhos e folhagem formam mais obstáculos à passagem da água que apenas os troncos. A referência básica para a estimativa de valores do coeficiente de Manning tem sido Chow 1959 em que o coeficiente de rugosidade de um canal natural pode ser calculado pela seguinte expressão:

( ) 543210

1

mnnnnnK s ⋅++++

=

Onde:

sK coeficiente de rugosidade de Manning-Strickler;

0n parâmetro função do material do leito do canal;

1n parâmetro função do grau de irregularidade;

2n parâmetro função da variação da secção transversal;

3n parâmetro função do efeito das obstruções;

4n parâmetro função da vegetação; 5m parâmetro função da meanderização. No entanto, as cheias bem maiores resultantes de roturas de barragens inundam áreas maiores e apresentam velocidades muito altas. A água em alta velocidade carrega uma grande quantidade de sedimentos, vegetação e objectos diversos como casas demolidas e veículos. Um estudo da empresa francesa EDF (Benoist 1989) cita valores do coeficiente de Strickler entre 15 e 35 em unidades do sistema internacional, que equivalem a coeficientes de Manning entre 0,067 e 0,029, para escoamentos de cheias devidas a roturas de barragens



PARTE II 10 - DESCRIÇÃO DA BARRAGEM A Barragem de Vaqueiros situa-se no distrito de Faro, concelho de Alcoutim e freguesia de Vaqueiros, no barranco das Hortas, que é um afluente da ribeira da Foupana, pertencendo à bacia do Guadiana. Mais precisamente, localiza-se cerca de 300 m para sudeste da povoação de Vaqueiros, junto à estrada municipal 506, que liga Vaqueiros a Martim Longo. Trata-se de uma barragem de terra, zonada, com núcleo central argiloso e maciços estabilizadores em solos silto-argilosos provenientes da alteração de xistos e grauvaques. A obra foi construída com a finalidade de armazenar água para a rega dos campos circundantes à barragem numa área de 35 ha, sendo o Dono da Obra a Direcção Regional de Agricultura do Algarve.

Figura X.1 – Vista geral da Barragem

Figura X.2 – Perfil transversal de barragem

236,25



11 - CARACTERIZAÇÃO GERAL DA ZONA EM ESTUDO

Para caracterização topográfica do vale a jusante da barragem de Vaqueiros, foram utilizados dez perfis transversais P1 a P10, assinalados no Desenho 1 e apresentados no Desenho 2.

Sobre o perfil P1 foi identificado uma passagem hidráulica da EM506, a cerca de 100 m a jusante da barragem.

Trata-se de uma passagem sob o aterro da estrada, constituída por quatro vãos com 1,50 m de largura e 1,60 m de altura cada, situa-se à cota 217,76, enquanto que a rasante do aterro rodoviário se situa à cota 220,89.

Figura XI.1 – Passagem Hidráulica a 0+100 km a jusante da barragem Imediatamente a jusante da barragem e não muito longe da passagem hidráulica do 0+100

km, destaca-se a existência de um aglomerado habitacional.

Figura XI.2 – Aglomerado habitacional



Sobre o perfil P7 existe uma outra passagem hidráulica da EM506, constituída por quatro vãos com 1,60 m de largura e cerca de 2,0 m de altura, situa-se à cota 198,06, e a rasante da estrada situa-se à cota 200,78

Figura XI.3 – Passagem Hidráulica ao 1+215 km a jusante da barragem

Desde a saída da zona urbana de Vaqueiros, até cerca de 2 km a montante da sua confluência com a Ribeira da Foupanilha, não existem construções a assinalar.

O vale caracteriza-se por uma topografia encaixada e declivosa, na qual a onda de cheia emitida pela barragem pouco amortecimento e atraso sofrerá.

Figura XI.4 – Vista geral do vale



Assim, a propagação da onda será instantânea e sem amortecimento, o que constitui uma hipótese conservadora.

Consequentemente, a modelação da propagação da onda de cheia foi efectuada ao longo do vale desde a primeira passagem hidráulica (100 m a jusante da barragem) até a confluência com ribeira da Foupaninha, abrangendo uma extensão total de cerca de 1800 m. 12 - CONSIDERAÇÕES SOBRE A SIMULAÇÃO DE ROTURA 12.1 - Características da Barragem

As principais características da barragem foram retiradas do projecto e são as indicadas no quadro seguinte:

Quadro XII.1 – Principais características da barragem

Barragem de Vaqueiros Unidades

Área da bacia hidrográfica km2 1,62

Cota média da fundação da barragem no fundo do vale (m) 220,75

Cota do coroamento da barragem (m) 236,25

Comprimento do coroamento (m) 87

Largura do coroamento (m) 6

Nível de pleno armazenamento (NPA): (m) 234,75

Nível de máxima cheia (NMC) (m) 235,25

Nível mínimo de exploração (NmE) (m) 222,60

Volume de armazenamento (à cota do NPA) m3 240.990

Superfície inundada (à cota do NPA) m2 39.600 12.2 - Características da albufeira

A capacidade de armazenamento da albufeira pode traduzir-se em função da curva cota/volume ou cota/área inundada, em função da cota da superfície da água, é apresentada no quadro e figuras seguintes.

No cenário de rotura considerado, a brecha forma-se numa situação de galgamento, quando a cota da superfície da água na albufeira iguala a cota do coroamento.



Quadro XII.2 - Áreas inundadas e volumes armazenados na albufeira da barragem de Vaqueiros

Cota Área inundada (m2) Volume armazenado (m3)

219,75 20 0

220,75 890 455

221,75 2470 2135

222,75 3900 5320

223,75 6200 10370

224,75 8420 17680

225,75 10300 27040

226,75 12700 38540

227,75 15450 52615

228,75 19600 70140

229,75 21400 90640

230,75 24740 113710

231,75 28000 140080

232,75 31690 169925

233,75 35400 203470

234,75 39640 240990

236,75 59070 339700

Curva Cota Área da Albufeira

218

220

222

224

226

228

230

232

234

236

238

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 50000 55000 60000

Área inundada [m2]

Cota [m]

Figura XII.1 – Curva cota área inundada da albufeira



Curva Cota Volume da Albufeira

218

220

222

224

226

228

230

232

234

236

238

0 40000 80000 120000 160000 200000 240000 280000 320000 360000

Volume [m3]

Cota [m]

Figura XII.2 – Curva cota volume da albufeira

12.3 - Geometria e formação da brecha

Para a modelação da rotura da barragem de vaqueiros, considerou-se uma rotura por galgamento quando é atingida cota de coroamento, sendo o tempo de rotura da barragem de aterro dado por:

min1321,016

240990007,0

5,0

2≈=

= hrtrot

A geometria final da brecha, para o cenário de rotura total, tem 20 m de base e o declive dos taludes é de 1V:1H, de acordo com Johnson e Illes (1976). 13 - RESULTADOS DA SIMULAÇÃO

Para a análise do risco associado à rotura da barragem de Vaqueiros é necessário determinar parâmetros que caracterizam a onda de cheia, tais como: caudal máximo; cota máxima; velocidade máxima; instante de ocorrência do nível máximo; tempo de chegada do inicio da cheia após a rotura. Tal informação consta nas figuras e quadro seguintes.



0 0.2 0.4 0.6 0.8 1180

190

200

210

220

230

240

Tempo [hr]Secção 0 km Secção 0.1 km Secção 0.450 km

Secção 0.82 km Secção 1.215 km Secção 1.795 km

Cot

as [

m]

Figura XIII.1 - Cotas da onda de cheia

0 0.5 1 1.5 2550

560

570

580

590

600

610

Secções [km]

Cau

dal [

m3]

Caudal máximo

Figura XIII.2 - Amortecimento da onda de cheia



0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Tempo [hr]

Cau

dal [

m3

x 10

00]

Secção 0 km Secção 0.100 km Secção 0.450 km


Figura XIII.3 – Hidrogramas de caudal

0 0.5 1 1.5 20

0.1

0.3

Secções [km]

Tem

po [

hr]

Tempo de chegada da onda Tempo chegada da onda até cota máxima

0.2

Figura XIII.4 - Tempo de chegada da onda de cheia



0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

5

10

15

20

Tempo [hr]

Pro

fund

idad

e [m

]

Secção 0 km Secção 0.100 km Secção 0.450 km


Figura XIII .5 - Limnigramas

0 0.5 1 1.5 2180

190

200

210

220

230

240

Secções [km]

Cot

a [m

]

Fundo do Canal Altura máxima definida para canal

Cota inicialCota máxima onda cheia

Figura XIII .6 - Perfil longitudinal



Altura máxima definida para canalCota máxima onda cheia

Figura XIII.7 – Representação do Vale em 3D

Quadro XII.3 - Características da onda cheia nos 10 perfis de cálculo a jusante da barragem

Secção km

Nível

máximo

atingido

Caudal

máximo

(m3/s)

Velocidade

máxima do

escoamento

(m/s)

Tempo de

chegada

da onda

(h)

Tempo até

ao nível

máximo

(h)

P1 0.100 222,72 600 1,36 0,08 0.185

P2 0.355 219,72 600 3,09 0,05 0,200

P3 0.450 218,63 590 2,64 0,08 0,215

P4 0.565 217,94 578 3,35 0,08 0,215

P5 0.820 214,17 572 5,89 0,11 0,230

P6 1.015 205,67 571 4.14 0,11 0,230

P7 1.215 202,16 567 3,42 0,14 0,245

P8 1.495 197,43 560 5,47 0,17 0,260

P9 1.695 189,88 556 6,79 0,17 0,275

P10 1.795 184,12 557 6,57 0,17 0,275



14 - ANÁLISE DOS RESULTADOS Analisando os resultados apresentados no quadro e nas figuras anteriores, conclui-se que:

i. nas primeiras secções devido ao declive acentuado o escoamento desenvolve-se em regime rápido, pelo que o amortecimento da onda de cheia é reduzido. Para efeitos de cálculo o modelo considera um valor nulo, devido a dificuldades numéricas para modelar transições de regime em escoamentos gradualmente variados;

ii. a rotura é quase instantânea, porque assim que se dá inicio ao processo de rotura e passados 11 minutos é atingido o pico de caudal efluente (600 m3), sendo que a partir de 0,3 horas (18 minutos), o caudal descarregado coincide com o caudal afluente;

iii. junto á 1ª passagem hidráulica o nível da água começa a subir 4,8 minutos, após o inicio

da rotura e em 12 minutos é atingido o caudal máximo de 600 m3/s, neste instante á atingida a cota de 222,72 m a altura do escoamento é de 5,0 m;

iv. junto á 2ª passagem hidráulica o nível da água começa a subir 8,4 minutos, após o inicio

da rotura e em 14,7 minutos é atingido o caudal máximo de 567 m3/s, neste instante á atingida a cota de 202,16 m e a altura do escoamento é de 4,10 m. As duas passagens hidráulicas não têm capacidade de vazão para o caudal descarregado, pelo que o aterro rodoviário é galgado e as estradas serão cortadas:

v. as velocidades máximas atingidas pelo escoamento variam, ao longo de todo o troço

modelado, entre aproximadamente 1,4 e 6,8 m/s

vi. o intervalo de tempo entre os instantes em que é atingido o caudal máximo nas secções inicial e final de cálculo (distantes entre si de 1,7 km) é de aproximadamente 5,4 minutos, deduzindo-se daí que a crista da onda de cheia se propaga para jusante com uma velocidade média de 5,3 m/s;



15 - VALIDAÇÃO DA SIMULAÇÃO DE ROTURA

Para aferir a validade do modelo de rotura foi efectuado com sucesso, foi considerado o volume do hidrograma resultante da rotura da barragem e comparado com o volume de armazenamento da albufeira constante na curva cota-volume.

Hidrograma de Rotura da Barragem

050

100150200250300350400450500550600650

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Tempo [s]

Caudal [m3/s]

Figura XV.1 – Hidrograma resultante de rotura da barragem de Vaqueiros

O volume resultante do hidrograma de rotura da Barragem, pode ser estimado através da

integração da curva, utilizando para tal a Regra dos Trapézios.

∫∫∫∫−

+++==n

n

n

o

x

x

x

x

x

x

x

x

dxxfdxxfdxxfdxxfV

1

2

1

1

0

)(....)()()( Eq. 15.1

Aplicando sucessivamente a regra dos trapézios para cada segmento, obtém-se:

[ ])()(2....).(2)(2)(2 1210 nn xfxfxfxfxfh

V +++++= − Eq. 15.2

n

xxh n 0−

=

onde: n numero de intervalos considerados



Considerando o intervalo de dados desde o inicio da rotura até ao momento em o caudal descarregado coincide com o caudal afluente á albufeira.

Quadro XV.1 – Intervalo de dados para integração

Tempo (s) Q (m3/s) xi f(xi) 0 0 72 10 180 60 288 160 396 310 504 460 612 580 666 600 828 530 936 410 1044 270 1098 20 1177 20 1260 20 1368 20 1476 0

Assim, substituindo na equação anterior obtém-se um volume do hidrograma de rotura de:

3324792)]1476()1368(2...)72(2)0([2

4,98mffffV =++++=

Comparando este volume com o volume de armazenamento á cota 236,75 que é de 339700

m3, verifica-se que são da mesma ordem de grandeza pelo que confirma-se a validade do modelo de simulação.

Considerando a velocidade média da onda de cheia de 5,3 m/s e a celeridade da onda em regime gradualmente variado, dada por ghv = , (h a altura média do escoamento), obtém-se assim, uma celeridade de 5,8 m/s, verificando-se então que os valores são da mesma ordem de grandeza.



16 - VERIFICAÇÃO DO LIMITE DA ONDA DE PROPAGAÇÃO

Para verificar se o estudo da propagação da onda de cheia foi levado até um ponto suficientemente afastado da barragem, foi estimado o caudal de ponta da cheia milenar natural na bacia hidrográfica

Para tal utilizaram-se as relações regionais estabelecidas por Loureiro, em que o caudal máximo de cheia para um período de retorno T pode ser obtido por:

Z

T ACQ ×=

onde: QT Caudal máximo de cheia com período de retorno T (m3/s); A área da bacia hidrográfica em (km2); Z parâmetro adimensional, que depende da localização geográfica da zona em estudo; C parâmetro adimensional, que depende da localização geográfica da zona em estudo e

do período de retorno.

Para 1000 anos de período de retorno, e considerando que a bacia hidrográfica tem cerca de 214 km2 de área e insere-se na zona 5,que inclui as ribeiras do Algarve, obtém-se Z=0,784 e C=9,88. Obteve-se, substituindo na equação anterior, um caudal máximo de:

smQT /4,66321488,9 3784,0 =×=

Comparando este caudal com o caudal de ponta de 557 m3/s obtido na secção final da simulação atrás apresentada (perfil 10 – km1+795), confirma-se que, não é necessário prolongar mais para jusante o estudo de propagação da onda.

Sendo o Barranco das Hortas um afluente da Ribeira da Foupanilha, que tem um leito bastante largo no local da confluência, permitindo que o caudal de ponta seja rapidamente atenuado no leito da Ribeira não causando ai problemas significativos



17 - CONCLUSÃO

Com base no cenário considerado e nos resultados das simulações efectuadas conclui-se que a eventual rotura da barragem de Vaqueiros provoca uma sobre elevação brusca do nível da água no Barranco das Hortas.

As habitações existentes na margem esquerda deste barranco, situadas nas margens de inundação à cota 220,53 m de altitude é o local onde a subida brusca do nível da água pode causar sérios problemas. Neste local o nível da água começa a subir 4,8 minutos após o início da rotura e em 11 minutos é atingido o nível máximo, neste instante é atingida a cota 222,72 m. Os

tempos referidos são contados deste o momento em que a brecha se forma. Como se pode observar na carta de áreas inundáveis, a onda de cheia não atinge

directamente o aglomerado populacional central de Vaqueiros, no entanto serão parcialmente submersas um conjunto de habitações, constituídas por uma escola primária, por um pequeno campo de jogos e por uma vivenda com cafetaria no piso térreo e habitação no piso superior, (figura XI.2).

Neste conjunto de habitações a água sobe cerca de 2,0 m, assim e considerando que as pessoas correm o risco de ser arrastadas pela cheia quando o produto da altura de água pela velocidade for superior a 1, verifica-se então que no caso de permanência de pessoas, estas podem ser arrastadas.

Para além disto, conforme se pode verificar pela leitura dos quadros apresentados e dos desenhos que acompanham o presente estudo, o aterro da EM506 será galgado, e eventualmente destruído, nas duas passagens hidráulicas, cortando os acessos à povoação de Vaqueiros por ambos os lados.

No caso da primeira passagem hidráulica da EM506 (km 0+100), a rasante da estrada encontra-se à cota 220,89, enquanto que o nível máximo atingido pela onda de rotura imediatamente a montante da P.H. atingirá a cota 222,72. Assim, a onda que galgará a estrada terá cerca de 1,83 m de altura acima do seu pavimento.

No caso da segunda passagem hidráulica da EM506 (km 1+215), a rasante da estrada encontra-se à 200,78, enquanto que o nível máximo atingido pela onda de rotura imediatamente a montante desta P.H atingirá a cota 202,16. Assim, a onda que galgará a estrada terá cerca de 1,38 m de altura acima do seu pavimento.

Considera-se, assim, que os principais prejuízos causados por uma eventual rotura da

barragem de Vaqueiros serão: • O galgamento e a destruição do aterro da EM506 sobre e as duas passagens hidráulicas

assinaladas nos desenhos. • A submersão do conjunto de construções, em que haverá ocupação humana permanente

ou significativa. Estas infra-estruturas que atrás foram referidas encontram-se sumariadas no Quadro XVII.1.



Quadro XVII.1 – Estruturas afectadas pela inundação causada pela rotura da barragem de Vaqueiros

Secções Habitações

permanentes Escolas Infraestruturas viárias Infraestruturas inundadas

0+000 – 0+355 1 1 1ª passagem

hidráulica da EM506

Vivenda com Cafetaria

Escola primária;

Campo de jogos;

0+355 – 1+795 0 0 2ª passagem

hidráulica da EM506 Inexistência de habitações

A análise deste quadro permite constatar que o número de construções potencialmente

afectadas pela onda de cheia decorrente da rotura da barragem de Vaqueiros é relativamente reduzido, apesar da proximidade do núcleo urbano de Vaqueiros.

Considerando que a taxa de ocupação diurna da cafetaria é de 6 pessoas e que a mesma estará encerrada durante a noite, por um lado, e que na habitação superior à cafetaria, a taxa de ocupação nocturna é também de 6 pessoas, obtém-se para esta construção uma taxa de ocupação permanente de 6 pessoas.

Relativamente à escola primária e ao campo de jogos anexo a esta, admitiu-se uma taxa de ocupação diurna de 8 pessoas, atendendo, por um lado, à pequena dimensão do aglomerado de Vaqueiros e, por outro, à desertificação e ao envelhecimento da população que se têm verificado nos últimos anos, principalmente em zonas rurais e interiores, como é o caso de Vaqueiros.

Assim, em caso de rotura da barragem de Vaqueiros, estima-se que serão afectadas cerca de 14 pessoas se a rotura ocorrer de dia e 6 pessoas se a rotura ocorrer de noite. Prevê-se, ainda, que, de entre as pessoas afectadas, algumas possam perder a vida no hipotético acidente.

Do ponto de vista da protecção civil a Aldeia de Vaqueiros ficará isolada uma vez que o aterro nas duas passagens hidráulicas da EM506 será galgado, e eventualmente destruído, cortando os acessos à povoação de Vaqueiros por ambos os lados.



18 - BIBLIOGRAFIA

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[22] Silva E, Matos A, Rocha Afonso J. (2005) – “Segurança Hidráulico-Operacional de Grandes Barragens Portuguesas” – Seminário Tecnologia, Segurança e Interacção com a Sociedade, Lisboa

[23] Ven-te-Chow (1959)."Open Channel Hydraulics". McGraw-Hill

[24] Viseu, T. (1996). "Análise do risco associado às roturas das barragens do Funcho e do Arade. Utilização do modelo DamBreak". Laboratório Nacional de Engenharia Civil. Universidade Técnica de Lisboa – IST

[25] Viseu, T. “Modelos uni e bidimensionais na simulação de cheias induzidas por roturas de barragens. A experiência do vale do Arade” - Laboratório Nacional de Engenharia Civil.



ANEXOS

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