Proposta de abordagem simplificada para avaliação dos efeitos oriundos da ruptura de barragens

Abstract

No Brasil, a Lei no 12.334 instituiu a Política Nacional de Segurança de Barragens (PNSB) e impôs a obrigatoriedade da elaboração de Planos de Ação Emergencial (PAE) para barragens que possuem um risco associado elevado ou médio. Este documento determina a identificação, de maneira precisa, dos possíveis efeitos da ruptura de uma barragem, demandando, assim, a utilização de dados de entrada com qualidade elevada, algo que nem sempre está disponível, de forma a aumentar o tempo para a execução e o custo deste tipo de estudo. Nesse sentido, as metodologias simplificadas para avaliação dos efeitos da ruptura surgem como uma alternativa para avaliação prévia, conforme indicado por diversas pesquisas, limitando assim a área de estudo e agilizando o processo. No entanto, na maioria dos casos, sabe-se que as limitações impostas as metodologias simplificadas foram avaliadas apenas para barragens de grande porte, levantando a questão quanto a sua aplicabilidade e precisão para barragens de pequeno e médio porte. Barragens estas que não se enquadram dentro da Lei no 12.334, mas que correspondem a maior parte das barragens existentes e que também podem ocasionar significativas perdas econômicas e de vidas. Dessa forma, a presente Dissertação tem como objetivo propor uma metodologia simplificada para análise dos efeitos da ruptura de barragens, que apresente uma boa indicação da área atingida, a partir de uma pequena quantidade de dados de entrada e que esteja a favor da segurança em estudos preliminares ou mesmo em estudos finais, quando o custo deste tipo de estudo fosse alto frente ao tamanho da obra. Para isso, foram realizadas simulações de ruptura de barragem, através da metodologia de propagação de hidrograma de ruptura simplificado, com o software HEC-RAS 1D para casos hipotéticos. Foram estudadas quatro alturas de barragens, variando entre 5 e 30 m, quatro volumes de reservatórios, variando entre 5 e 50 hm3, uma única forma de vale com declividade do perfil do rio igual a 0,001 m/m. A partir dos resultados das simulações, os comportamentos observados foram equacionados utilizando-se informações reduzidas e de fácil acesso, produzindo assim uma nova abordagem simplificada. Além disso, estudou-se a metodologia simplificada “Simplified Dambreak flood modeling” para avaliar os efeitos da ruptura. Para esta última foram sugeridos critérios e correções para que seu uso esteja a favor da segurança. Como última etapa, a abordagem desenvolvida e a outra metodologia simplificada avaliada foram testadas em um estudo de caso hipotético com uma barragem de 15 m de altura e 17 hm³ de volume no reservatório. Os resultados obtidos a partir do estudo de caso reiteram a aplicabilidade das metodologias simplificadas visto que estes foram relativamente próximos dos resultados obtidos através de simulações computacionais. Ressalta-se, por fim, que a presente Dissertação não tem a intenção de esgotar a análise de todos os parâmetros e metodologias utilizadas para avaliação dos efeitos da ruptura de barragens, mas, sim, de mostrar um caminho que se pode seguir neste tipo de pesquisa e que irá requerer mais análises e estudos de caso.

In Brazil, the Law 12.334 established the National Dam Safety Policy (PNSB) and imposed the obligation to draw up Emergency Action Plans (PAE) for dams with a high or medium associated risk. This document demands a precise identification of the possible effects from dam failures. However, as the results should be as close as possible to reality, the quality of the input data must be significant, which is not always available, consequently increasing the time, execution and the cost of this type of study. On that matter, simplified methodologies to evaluate the effects of rupture are a great alternative for pre-evaluation stages, as indicated by several studies, limiting the area of study and speeding up the process. Nevertheless, in most cases, it is known that the limitations imposed on simplified methodologies by previous studies were obtained through analysis of large dams, raising the question as to their applicability and accuracy for small and medium sized dams. These dams do not fall within the scope of Law 12.334, but correspond to most existing dams and can also cause significant life losses and economical damage. Thus, this dissertation aims to develop a proposal of a simplified approach to analyze the effects of dam failures that provides a good indication of the affected area using a small amount of input data and also provides results with a reliable safety factor. This methodology is expected to be used in preliminary studies or even in final studies, when the cost is too high when compared to the size of the work. In order to accomplish that goal, dam-break simulations were performed based on the simplified rupture hydrograph propagation methodology, using the HEC-RAS 1D software for hypothetical cases. Four dam heights, ranging from 5 to 30 m, four reservoir volumes ranging from 5 to 50 hm3, a single valley shape with river profile slope equal to 0,001 m/m, were studied. From the results, the behaviors found were equated relating reduced and easily accessible information producing a new simplified approach. In addition, the simplified methodology Simplified Dam-break flood modeling, for assessing the effects of dam-breaks, was studied. For the latter, security and correction factors have been suggested for their use. As a last step, the approach developed alongside the existing simplified methodology were tested in a hypothetical case study with a 15 m high dam and 17 hm³ reservoir volume. The results obtained from the case-study reiterate the applicability of the simplified methodologies, since they were relatively close to the results obtained through computational simulations. It is noteworthy that this dissertation does not intend to exhaust the analysis of all parameters and methodologies used to evaluate the effects of dam-break, but to show a path forward in this type of research and which will require further analysis and studies.