Universidade do Estado de Minas Gerais – UEMG APLICAÇÃO DE METODOLOGIA FMEA E FMECA PARA ANÁLISE DE RISCO EM BARRAGENS

Universidade do Estado de Minas Gerais – UEMG Faculdade de Engenharia – FaEnge – Campus João Monlevade Graduação em Engenharia de Minas

Ricardo Leite Paiva Vilson Kaio Pinheiro

APLICAÇÃO DE METODOLOGIA FMEA E FMECA PARA ANÁLISE DE RISCO EM BARRAGENS

João Monlevade 2015

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Ricardo Leite Paiva Vilson Kaio Pinheiro

APLICAÇÃO DE METODOLOGIA FMEA E FMECA PARA ANÁLISE DE RISCO EM BARRAGENS

Trabalho

de

Conclusão

de

Curso

apresentado como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro de Minas na Faculdade de Engenharia da Universidade do Estado de Minas Gerais.

Professor Orientador: Msc. Fernando Neves Lima

João Monlevade 2015

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AGRADECIMENTOS

Em primeiro lugar agradecemos a Deus por nos iluminar e abençoar cada passo dado em toda a trajetória do curso.

Agradecemos a todos os familiares presentes nessa caminhada, sem o apoio de cada um não seria possível chegar onde estamos. Quando se sonha tão grande, a realidade aprende.

Agradecemos a todos os amigos envolvidos, amigos de Caeté, Oliveira, com certeza vocês contribuíram e muito para tornar o caminho mais simples.

Ao pessoal de João Monlevade, amigos de sala, repúblicas, nosso muito obrigado!

À todos funcionários, mestres, professores da UEMG, foram cinco anos incríveis, de aprendizados imensuráveis.

Ao nosso orientador Fernando Neves Lima por toda dedicação, objetividade, orientação técnica e auxílio durante toda realização deste trabalho.

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“Quando se sonha tão grande, a realidade aprende.” Lobo Mauro

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RESUMO

Riscos associados à ruptura de barragens são de extrema importância atualmente. Desastres

envolvendo

barragens

podem

ocasionar

acidentes

de

grandes

dimensões, causando mortes de pessoas, prejuízos materiais, inundações no vale a jusante e danos ambientais. Estes riscos devem ser analisados e gerenciados pelos empreendedores, a fim de minimizar a ocorrência de eventos negativos e obter a maior confiabilidade possível, de modo que a estrutura possa cumprir todos os requisitos de segurança, funcionalidade e durabilidade. O referido trabalho buscou realizar uma análise qualitativa de riscos envolvendo a barragem. Na análise observaram-se os comportamentos das diversas estruturas da barragem, riscos associados, modo de falha, modo de ruptura, causas, severidade, ocorrência e efeitos. O objetivo foi trabalhar a técnica apontando os riscos de maior prioridade e propor soluções ou prevenções para tais riscos. A metodologia baseou-se em coleta de dados e aplicação da análise de risco qualitativo. Após ser realizada a análise de modo e efeito de falha (FMEA), os riscos de maior prioridade foram discutidos e medidas de controle foram apontadas, prevenção e detecção, confirmando a eficiência da técnica. A análise permitiu maior conhecimento do desenvolvimento e estruturação da barragem, otimizando todo o processo operacional, visto que a aplicação da metodologia considerou o atual estágio de operação da barragem.

Palavras-chave: Barragem. Risco. Análise.

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ABSTRACT

Risks associated to breakage of dams are extremely relevant nowadays. The disasters involving rupture of dams may lead to accidents of huge dimensions, such as, death of people, material damages, flood in the valley downstream and environmental damages. Such risks must be analyzed and managed by the entrepreneurs in order to minimize the occurrence of negative events and achieve the higher reliability, and therefore, fulfill all the requirements of safety, functionality and durability. This paper performs a qualitative analysis of risks related to dams. On the analysis were observed the behavior of various structures of dam, associated risks, failure mode, rupture mode, causes, severity, occurrence and effects. The objective was to perform the technique pointing the risks of higher priority and proposing the solutions or prevention to such risks. Methodology was based on data collecting and performing of qualitative risk analysis. After the Failure mode and effects analysis (FMEA) be conducted, the higher priority risks were discussed and control measures were pointed, prevention and detection, confirming the efficiency of the technique. The analysis allowed a greater acknowledgement of the development and organization of the dam, improving the whole operational process, since the utilization of the methodology has considered the actual operational level of the dam.

Keywords: Dam. Risk. Analysis.

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LISTAS DE FIGURAS

FIGURA 3.1: BARRAGEM DE CONCRETO ............................................................ 18 FIGURA 3.2: ATIVIDADES FUNDAMENTAIS DA GESTÃO DE RISCO ................. 22 FIGURA 3.3: PRINCÍPIOS DE ACEITABILIDADE E TOLERABILIDADE ............... 28 FIGURA 3.4: EXEMPLO DE FORMULÁRIO FMEA ................................................. 34 FIGURA 5.1: SISTEMA BARRAGEM "A" ............................................................... 43 FIGURA 5.2: COMPORTAS ..................................................................................... 47 FIGURA 5.3: TRINCAS NO MACIÇO ....................................................................... 48 FIGURA 5.4: MATRIZ DE RISCO PARA OS ELEMENTOS CRÍTICOS DA BARRAGEM "A" ...................................................................................................... 50

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LISTA DE TABELAS

TABELA 3.1: CLASSES E ÍNDICES UTILIZADOS NO FMEA ................................ 35 TABELA 5.1: CARACTERÍSTICAS DA BARRAGEM "A" ...................................... 42 TABELA 5.2: VALORES CARACTERÍSTICOS DA BARRAGEM ........................... 42 TABELA 5.3: MODELO DE FORMULÁRIO PARA APLICAÇÃO DO FMEA .......... 45

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LISTA DE QUADROS

QUADRO 3.1: DEFINIÇÕES DO TERMO RISCO ......................................................... 20 QUADRO 3.2: GLOSSÁRIO COM ALGUNS TERMOS UTILIZADOS NO GERENCIAMENTO DE RISCOS ...................................................................................... 37

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LISTA DE SIGLAS

FMEA

Análise dos Modos de Falha e seus Efeitos

FMECA Análise dos Modos de Falha, Efeitos e Criticalidade

ICOLD

Internacional Comission on Large Dams

PMI

Project Management Institute

C

Criticalidade

S

Severidade

O

Ocorrência

D

Detecção

NPR

Número de prioridade de risco.

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 13 2 OBJETIVOS ........................................................................................................... 15 2.1 Objetivos específicos........................................................................................ 15 3 REFERENCIAL TEÓRICO..................................................................................... 16 3.1 Tipos de barragens ........................................................................................... 16 3.1.1 Barragem de rejeito .......................................................................................... 16 3.1.2 Barragem de concreto ...................................................................................... 16 3.2 Histórico de ruptura de barragens ................................................................... 18 3.3 Gerenciamento de risco.................................................................................... 19 3.3.1 Avaliação de risco ............................................................................................ 22 3.3.2 Análise de risco ................................................................................................ 23 3.3.3 Apreciação de risco .......................................................................................... 27 3.3.4 Controle de risco .............................................................................................. 28 3.4 Análise Qualitativa dos riscos ......................................................................... 29 3.5 Metodologias de análise Qualitativa de Risco ................................................ 31 3.5.1 Análise de modo de falha e seus efeitos – FMEA ............................................ 32 4 METODOLOGIA .................................................................................................... 39 4.1 Coleta de dados ................................................................................................. 39 4.2 Aplicação do método de análise de risco ....................................................... 40 5 PESQUISA E ANÁLISE DE DADOS ..................................................................... 41 5.1 Características da barragem ............................................................................ 41 5.2 Aplicação FMEA ................................................................................................ 43 5.3 Resultados e discussão.................................................................................... 48 6 CONCLUSÃO ........................................................................................................ 51 6.1 Sugestões para pesquisas futuras .................................................................. 52 REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 53 APÊNDICE A – FMEA – Sistema Barragem “A”(Barragem de concreto/crista) . 55 APÊNDICE B – FMEA – Sistema Barragem “A”(Rip-rap) ..................................... 56 APÊNDICE C – FMEA – Sistema Barragem “A”(Sistema de drenagem) ............ 57

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APÊNDICE D – FMEA – Sistema Barragem “A”(Fundação) ................................ 59 APÊNDICE E – FMEA – Sistema Barragem “A”(Ombreiras)................................ 60 APÊNDICE F – FMEA – Sistema Barragem “A”(Comportas) ............................... 62

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1 INTRODUÇÃO

Um dos grandes problemas abordados na engenharia está relacionado ao gerenciamento de risco em barragens. A barragem “A” é objeto de estudo do referido trabalho e devido a não publicação oficial de informações será tratada como uma barragem genérica, apesar de tal estrutura realmente existir. O que se enfatiza aqui são as metodologias de análise qualitativa de risco e que podem ser aplicadas a qualquer objeto de estudo. O projeto consiste em realizar uma análise de riscos qualitativos da operação da barragem utilizando técnicas como FMEA (Failure mode and effects analysis) e FMECA (Failure mode, effects analysis and criticality) e a partir destas análises, propor melhorias se forem detectados riscos de relevante importância.

As barragens são estruturas com finalidade de armazenar e controlar a água, sendo ferramenta importante no desenvolvimento e gestão dos recursos hídricos de bacias fluviais. Tais obras oferecem benefícios inquestionáveis para a população, tais como, geração de energia hidrelétrica, controle de enchentes, navegação fluvial, recreação, gestão integrada das bacias fluviais, irrigação e retenção de resíduos minerais e industriais, (VAZ, 2014)

Por outro lado são obras associadas a um grande potencial de risco devido a possíveis rupturas, acarretando consequências catastróficas para as estruturas das próprias barragens, áreas a jusante, ao meio ambiente, destruição de fauna e flora, perdas de vidas e inundações. (MANUAL DE SEGURANÇA E INSPEÇÃO DE BARRAGENS, 2002)

O Brasil, considerado um país com amplos recursos hídricos, possui um grande número de barragens. Devido a isto, é preciso estar atento quanto às condições de segurança operacional e estrutural das barragens, identificação de riscos, restrições operacionais, recomendação de reparos, tudo isto através do auxílio de estudos, análises, para se tomar as melhores soluções. (MANUAL DE SEGURANÇA E INSPEÇÃO DE BARRAGENS, 2002).

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Diante disso, a análise de risco se torna uma atividade fundamental no referido trabalho. A análise propõe um processo estruturado que estima tanto a probabilidade de falha na barragem quanto sua consequência (Vaz, 2014). Pimenta (2009) relata a necessidade de que as abordagens tradicionais, orientadas para a segurança (centradas nas obras), direcionem para as abordagens voltadas ao risco, buscando tratar as ações, desempenho e consequências de forma integrada. Caldeira (2008) retrata que o uso do conceito de risco é interessante devido ao caráter racional, sistemático e transparente da sua quantificação e o objetivo da análise está relacionado com a avaliação das obras e do impacto de uma possível ruptura sobre a sociedade.

Assim sendo, devido à gravidade de riscos associados a barragens, o presente trabalho considera-se de grande relevância atualmente, através de análises que buscam priorização, prevenção e detecção de riscos, otimizando a segurança em barragens.

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2 OBJETIVOS

O objetivo geral deste projeto é elucidar os riscos provenientes da operação de uma barragem, através de ferramentas de análise de riscos e elaboração de medidas prioritárias para a prevenção de danos.

2.1 Objetivos específicos

a) Identificar riscos associados à estrutura em estudo; b) Realizar a análise qualitativa de riscos aplicando o FMEA e FMECA; c) Planejar o gerenciamento e resposta aos riscos no presente estudo de caso.

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3 REFERENCIAL TEÓRICO

Neste capítulo, são apresentados os conceitos relativos à tipos de barragem, seu histórico, análise de risco de rupturas de barragens e método qualitativo de estimativa ao risco.

3.1 Tipos de barragens

3.1.1 Barragem de rejeito

Barragens de rejeitos são estruturas construídas com o objetivo de reunir e armazenar os rejeitos provenientes do ato do beneficiamento do minério. Por não possuir quase nenhum valor comercial, o rejeito necessita ser descartado de forma econômica e com o menor impacto ambiental possível. Segundo Machado (2007), a estrutura de uma barragem de rejeito é construída com base em critérios técnicos e geotécnicos de modo a confinar o rejeito proveniente do beneficiamento do minério. Cada barragem de rejeito tem suas peculiaridades, pois depende da finalidade, do tipo de rejeito a ser depositado, diferenças nas características granulométricas e nos modos de disposição. A geometria da barragem depende da topografia do local. O solo deve ter capacidade de suporte suficiente para que não haja deslizamentos, oferecendo segurança para tal obra.

3.1.2 Barragem de concreto

Barragens de concreto têm por definição estruturas sólidas para que garanta estabilidade com sua geometria, as cargas de projeto, a resistência do concreto e sua massa. Geralmente são definidas ao longo de um eixo retilíneo, podendo, no entanto, apresentar um formato angular ou curvilíneo para se adapte as situações locais (U.S. ARMY CORPS OF ENGINEERS, 1995). De acordo com o guia básico

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de segurança de barragens (CBGB, 2001), as barragens podem ser classificadas dentro de três tipos principais conforme seu formato físico particular e projeto específico, quais sejam: barragens de gravidade, de contrafortes e em arco.

De acordo com Volkmer (2011) as barragens de concreto em arco se curvam a montante na direção ao fluxo da água, sendo que a estabilidade se garante pelo formato em curva, fazendo com que as pressões de água sejam transferidas para as ombreiras (efeito do arco). A figura 3.1 representa uma barragem de concreto em arco. Nas barragens de contrafortes, a subpressão fica muito bem aliviada consequente à menor área da base calculada em projeto, face o peso da água sobre o paramento inclinado de montante eliminar quase que totalmente o tombamento. Em detrimento, os esforços de compressão aumentam sobre os contrafortes e constituem barragens mais sensíveis a problemas de deslizamento, devido ao menor peso, sendo comum em obras desse tipo a necessidade de atirantamento da fundação.

Segundo o referido autor as barragens de gravidade se definem como estruturas de concreto sólido com seção transversal triangular que necessitam prioritariamente do seu peso próprio para que se garanta a estabilidade global, como também uma interação com a fundação afim de que se minimize o risco de deslizamento. Normalmente são projetadas no barramento de rios situados em vales estreitos ou gargantas/canyons e compondo arranjos de barragens mistas de concreto e terra, nas confluências e nas ligações entre tomada de água e vertedouro.

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Figura 3.1: Barragem de concreto

Fonte: Autor

3.2 Histórico de ruptura de barragens

São numerosos os exemplos de acidentes com barragens de rejeitos industriais em Minas Gerais (GASB, 2010), reportam-se aqui alguns casos notáveis: Uma barragem da Mineradora Rio Verde despejou, em 2001, toneladas de lama por quilômetros de extensão em São Sebastião das Águas Claras, distrito de Nova Lima, causando assoreamento, destruição de mata ciliar e contaminação de recursos hídricos.

Na cidade de Miraí-Mg, em 2006, uma chuva com intensidade superior à prevista pelo projeto de um empreendimento implantado por uma mineradora, ocasionou o rompimento da barragem liberando 400 milhões de litros de resíduos de tratamento de bauxita em um córrego, causando grandes prejuízos a jusante, inundando

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agriculturas ribeirinhas, causando grande mortandade de peixes, turbidez da água e possível contaminação que levaram à suspensão do abastecimento público de água em Lage de Muriaé, município localizado no Rio de Janeiro (GASB, 2010). No ano de 2007, a cidade de Miraí presenciou o rompimento de outra barragem. O acidente acabou derramando dois bilhões de litros de rejeito no rio Muriaé, prejudicando diversas cidades à jusante, o acidente causou uma enchente que desabrigou mais de 12 mil pessoas (GASB, 2010).

Em Raposos, Minas Gerais, a possível barragem de rejeitos da mina Apolo, a ser construída à montante da cidade, traria risco não desprezível visto que, na ocasião de uma chuva mais intensa do que o previsto pelo projeto ou na ocorrência de um rompimento da barragem, toneladas de rejeito poderiam vir a inundar a cidade e contaminar a água que a abastece (GASB, 2010).

3.3 Gerenciamento de risco

Caldeira (2008) define risco como o valor obtido a partir da consideração das consequências possíveis de acontecimentos indesejáveis, conjugada com a probabilidade de ocorrência dos fatores intervenientes do processo.

De acordo com PMI (2008) gerenciar riscos de um projeto inclui processos de planejamento, identificação, análise, planejamento de respostas, monitoramento e controle de riscos do projeto. Ao gerenciar os riscos aumentam-se as probabilidades e impacto dos eventos positivos e reduz a probabilidade e impacto dos eventos negativos. Embora apresentados como elementos distintos, os processos se sobrepõem e interagem entre si.

O risco é sempre no futuro, sendo um evento ou condição incerta que se ocorrer tem efeito em pelo menos um objetivo do projeto. Exemplos de objetivo, pode-se citar escopo, cronograma, custo e qualidade. O risco pode ser composto de uma ou mais causas e gerar um ou mais impactos. Para se obter sucesso em um projeto é necessário uma abordagem proativa e consistente do gerenciamento de riscos

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durante todo o projeto (PMI 2008). Algumas definições do termo risco são apresentadas no Quadro 3.1:

Quadro 3.1: Definições do termo risco DEFINIÇÃO Risco é uma medida da probabilidade e

REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA CIRIA (2000)

gravidade de um efeito adverso à saúde, propriedade

ou

ambiente.

Risco

é

estimado pela expectativa matemática das

consequências

de

um

evento

adverso que ocorre (é o produto da probabilidade

de

ocorrência

e

das

consequências). No entanto, uma interpretação mais geral de risco envolve a probabilidade e consequências em não-produto formado. O risco é, por vezes, estreitamente

Penman (2000)

definido como a probabilidade de um evento

ou

especificado

de

perigo

ocorrer

indesejado

dentro

de

um

determinado período, mas pode ser geralmente considerado em função da probabilidade

de

ocorrência

e

a

magnitude das conseqüências. O risco é uma medida das perdas

Menescal et al.

económicas ou ferimentos tanto em

(2001)

termos de probabilidade do incidente e magnitude da perda ou dano.

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Continuação Quadro 3.1: Definições do termo risco DEFINIÇÃO

REFERÊNCIA BIBLIOGRÄFICA

Risco é uma medida da probabilidade e

CIGB (2005)

gravidade de um efeito adverso para a vida, saúde, propriedade ou o ambiente. Risco

é

estimado

pela

expectativa

matemática das consequências de um efeito adverso de um evento que ocorra envolvendo

três

probabilidade

elementos:

de

ocorrência

cenário, e

da

consequência.

O processo de planejar o gerenciamento de riscos deve iniciar na concepção do projeto e ser concluído nas fases iniciais do planejamento do projeto.

Segundo Vaz (2014), os conceitos atuais de gestão de risco têm origem na necessidade da sociedade por responsabilidade e transparência na tomada de decisão. Na área de engenharia de barragens, essa preocupação tem se tornado de grande interesse para a sociedade, visto que a ruptura de barragens acarreta grandes desastres para a população em geral.

O referido autor ainda pondera que, no contexto atual, a gestão de risco consiste na aplicação sistemática, coordenada e integrada de políticas de gestão, procedimentos e práticas para as tarefas de identificação, análise, mitigação e controle do risco. As atividades fundamentais de gerenciamento de risco podem ser subdivididas em:

a) Avaliação de risco (Análises de risco + Apreciação de risco); b) Controle de risco.

Pimenta (2009) relata que a gestão de riscos consiste no desenvolvimento integrado das atividades de análise de riscos e apreciação de riscos e de decisão sobre sua aceitabilidade, mitigação, prevenção, detecção, planejamento de emergência,

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revisão e comunicação de riscos. A figura 3.2 demonstra as atividades realizadas na gestão de riscos.

Figura 3.2: Atividades fundamentais da gestão de risco

Fonte: Pimenta, 2009

3.3.1 Avaliação de risco

Segundo Caldeira (2008) a somatória da análise de risco com sua apreciação, constitui a avaliação do risco. A avaliação de risco pode ser definida como o processo de tomada de decisão se os riscos são toleráveis e as medidas de controle são adequadas e, caso contrário, se as medidas de alternativas de controle do risco são justificadas ou serão implementadas (VAZ, 2014).

Os principais benefícios da avaliação de risco, de acordo com Vaz (2014), são:

a) Obtenção da resposta se a barragem pode ou não ser seguramente operada e sob que condições; b) Melhoria no conhecimento das barragens, subsistemas, componentes, riscos associados, modo de falha e consequências; c) Comparação da segurança relativa de barragens baseada em métodos consistentes e informações objetivas;

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d) Identificação de alternativas para administrar um risco, incluindo monitoramento e outras medidas não estruturais; e) Comparação do risco das barragens com os riscos de outros segmentos (indústrias)

Por outro lado, apresenta as seguintes limitações:

a) Custos e tempo elevados associados à aplicação de métodos de análise de risco, inserida na avaliação de risco; b) Dificuldades e incertezas associadas à estimativa das consequências, que envolvem perda de vidas, danos ambientais, perdas monetárias; c) Falta de uma metodologia largamente reconhecida e aceita para determinar a tolerabilidade do risco.

Fundamentalmente, a avaliação de riscos tem por objetivo apoiar o gerenciamento de risco, incluindo alternativas de controle.

3.3.2 Análise de risco

A análise de riscos se baseia no uso da informação disponível para estimar o risco relativo a indivíduos ou populações, a propriedades ou ambientes, decorrentes de condições de perigo. Ela envolve a desagregação ou decomposição do sistema da barragem e fontes de riscos nas suas partes fundamentais (VAZ, 2014).

Caldeira (2008) define análise de riscos como um conjunto de procedimentos visando à identificação dos acontecimentos indesejáveis, à análise dos mecanismos que desencadeiam esses acontecimentos e à determinação das respostas das estruturas e respectivas consequências.

Tecnicamente, a análise de risco pode ser de ordem qualitativa ou quantitativa. A análise qualitativa se baseia em uma escala de ordenação numérica ou forma descritiva para apresentar a severidade de consequências potenciais e sua

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probabilidade de ocorrência. Já a análise quantitativa se baseia em valores numéricos das consequências potenciais e suas probabilidades, admitindo que tais valores sejam uma representação válida do efeito real das consequências e da probabilidade do cenário em estudo (Vaz, 2014).

Em uma análise de riscos, é possível distinguir as seguintes etapas (PIMENTA, 2009):

a) Definição do objetivo e tipo de análise a realizar; b) Identificação de riscos; c) Identificação dos modos de ruptura; d) .Avaliação dos modos de ruptura; e) Identificação e avaliação das consequências; f) Estimativa do risco.

A análise de riscos potencia o tratamento das incertezas de forma explícita, clarificando o que se sabe e o que não se sabe (PIMENTA, 2009). Realizada a análise de risco, é necessária uma apreciação do mesmo.

Segundo Caldeira (2008), apreciação do risco é o processo de ponderação e de julgamento do significado do risco obtido na análise de risco. Os objetivos da análise de risco estão relacionados com a avaliação das condições de segurança das obras e do impacto da respectiva ruptura sobre a sociedade.

3.3.2.1 Identificação de riscos

Segundo Caldeira (2008) a identificação de riscos inclui o reconhecimento, extenuante e metódico, das causas ou eventos iniciadores, dos modos e dos cenários de ruptura, bem como dos fatores de exposição e das consequências. PMI (2008) relata que na fase de identificação devem ser incluídos os seguintes participantes: gerente do projeto, membros da equipe do projeto, equipe de

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gerenciamento de riscos, clientes, especialistas no assunto externo à equipe do projeto, especialistas em gerenciamento de riscos e partes interessadas.

3.3.2.2 Identificação dos eventos iniciadores

De acordo com Pimenta (2009), evento iniciador é um evento com potencial de originar uma falha em um componente de um determinado sistema. A identificação dos eventos iniciadores tem por objetivo assegurar que as causas com potencial direto ou indireto com capacidade de originar um processo capaz de conduzir a um acidente significativo, foram identificadas. Caldeira (2008) diz que as causas podem agir entre si produzindo um risco combinado, contribuindo separadamente ou em combinação para a ocorrência de um determinado modo de ruptura. A referida autora agrupa as causas geradoras de acidentes da seguinte forma:

a) Ações exteriores extremas (cheias e sismos); b) Anomalias nos procedimentos operacionais (falha de equipamentos e erros humanos); c) Deficiências de projeto ou de construção; d) Ações humanas e acidentais (atos de guerra, vandalismo e sabotagem)

3.3.2.3 Identificação dos modos de ruptura

Considerada fase crítica da análise de risco, Caldeira (2008) aponta que os modos de ruptura são selecionados com base em registros e casos históricos de ruptura de obras semelhantes, em análises de riscos anteriores. . Na avaliação dos riscos de barragens é necessária uma equipe com vasto conhecimento técnico e profissionais que possuem longo envolvimento com a barragem em estudo. Devem ser disponibilizados elementos detalhados sobre a

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barragem, contendo relatórios geológicos e geotécnicos, dados de observação e estudos envolvendo os subsistemas da barragem.

Em barragens são admitidos os seguintes modos potenciais de ruptura (Caldeira 2008):

a) Rupturas hidráulicas; b) Movimentos de grandes massas; c) Erosão interna.

3.3.2.4 Ferramentas e técnicas de identificação

De acordo com PMI (2008) são utilizadas as seguintes ferramentas de identificação de riscos:

a) Revisões de documentação: revisão estruturada na documentação do projeto.

b) Técnicas de coletas de informações:

I) Brainstorming: Objetivo de obter uma lista completa dos riscos do projeto. A equipe realiza um brainstorming com uma equipe multidisciplinar de especialistas que não fazem parte do projeto. As ideias sobre os riscos no projeto são geradas através de ideias fornecidas pelos participantes ou usando técnicas de entrevistas em grupo.

II) Técnica DELPHI: Maneira de obter um consenso entre especialistas. É utilizado um questionário solicitando ideias sobre riscos importantes no projeto. A partir daí, especialistas entram em um consenso. Reduz a parcialidade nos dados.

III) Entrevistas: Entrevistar participantes experientes no projeto, especialistas e partes interessadas pode auxiliar na identificação de riscos.

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IV) Análise da causa-raiz: Técnica para identificação de um problema, causas que levaram a ele e desenvolvimento de ações preventivas.

3.3.3 Apreciação de risco

Segundo Pimenta (2009) a atividade de apreciação de risco trabalha com a definição de critérios de aceitabilidade e tolerabilidade dos riscos, sendo um tema polêmico no âmbito da gestão de riscos. A apreciação de risco ultrapassa o mundo técnico da engenharia de barragens dando ênfase em um enfoque mais subjetivo, intregrando interesses políticos, sociais, econômicos e legais. Os critérios aplicáveis a barragens devem ser coerentes com critérios já existentes para outras infra-estruturas ou indústrias, ponderando suas especificidades e a natureza dos seus riscos, sendo o aspecto de maior interesse , de forma direta ou indireta, o valor à vida humana. No caso das barragens, tem o agravante de envolver riscos com consequências graves, envolvendo um número elevado de perdas de vidas, embora associados a probabilidades muito baixas.

Para maior entendimento, é necessário a discussão dos conceitos de risco individual e risco societal. De acordo com Vaz (2014), risco individual está relacionado com o risco imposto a um indivíduo pela existência de uma unidade ou atividade perigosa. Esse incremento de risco é um adicional ao risco de vida, com o qual o indivíduo viveria em uma base diária se a unidade não existisse, no caso de barragens, se a barragem não rompesse. Já o risco societal, é o risco que assume consequências de grande escala, implicando em uma resposta do meio social e político, por meio de discussão pública e meios de regulamentação. Pimenta (2009) relata que riscos societais são riscos associados a consequências catastróficas, grandes impactos na comunidade afetada, chamando a atenção dos meios de comunicação e resultando em intervenções do poder político. Estes riscos estão distribuídos de forma desigual, assim como os benefícios esperados.

A Figura 3.3 demonstra os princípios de aceitabilidade e tolerabilidade. No topo, é representada uma região inaceitável, um risco que se insira nessa região é

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considerado inaceitável, independente do benefício associado com a atividade. Na base, está representada uma região considerada aceitável de risco. Riscos presentes nessa região são considerados baixos, sem maior relevância e podem ser controlados. Já na zona intermediária estão os riscos toleráveis, típicos de atividades para as quais a população está preparada para tolerar em troca da garantia de benefícios.

Figura 3.3: Princípios de aceitabilidade e tolerabilidade

Fonte: HSE Adaptado, 2001 apud Vaz, 2014

3.3.4 Controle de risco

Segundo Pimenta (2009), o controle de risco encerra um conjunto de atividades integradas, englobando ações de decisão, redução, prevenção, detecção, planos de emergência, revisão e comunicação de riscos. A atividade fundamenta-se no conhecimento adequado e contínuo do estado da barragem, das áreas potencialmente interferidas e das áreas e atividades beneficiadas, visando prevenir,

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detectar e/ou reduzir situações com capacidade de gerar efeitos e consequências indesejáveis e, por outro, planejar e coordenar as ações em situações de emergência e comunicar, de forma objetiva e criteriosa, as informações vitais, seja entre os vários interventores seja ao público em geral.

ICOLD (2005) cita que as opções de controle de risco podem ser agrupadas nas seguintes categorias:

a) Evitar (eliminar) o risco; b) Reduzir a probabilidade de ocorrência; c) Reduzir as consequências; d) Transferir o risco; e) Conservar (tolerar ou aceitar) os riscos (residuais).

Vaz (2014) destaca que as três primeiras opções minimizam os riscos em que terceiros são expostos, visto que a quarta e quinta opção não ocorre. Caldeira (2008) propõe uma análise de risco dividida em riscos quantitativos e qualitativos. No presente trabalho, será realizada uma análise qualitativa de riscos.

3.4 Análise Qualitativa dos riscos

De acordo com PMI (2008) realizar a análise qualitativa de riscos é o processo baseado na priorização de riscos para análise ou ação adicional através da avaliação e combinação de sua probabilidade de ocorrência e impacto. A análise qualitativa de riscos normalmente é um meio rápido e econômico de estabelecer as prioridades do processo de planejar as respostas aos riscos.

O processo deve ser revisto durante todo o projeto caso haja mudança nos riscos. Identificar riscos é considerado um processo dinâmico e continuo, pois pode apresentar variáveis no decorrer do projeto.

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Serão apresentadas aqui algumas técnicas importantes no que concerne à análise qualitativa do risco, baseado no documento publicado por PMI (2008).

I) Avaliação de probabilidade e impacto dos riscos: A análise de probabilidade investiga a probabilidade de cada risco específico ocorrer. Já a análise do impacto de riscos investiga o efeito potencial sobre um objetivo do projeto (cronograma, custo, qualidade, desempenho). Os riscos podem ser avaliados em reuniões com participantes selecionados por sua familiaridade com as categorias dos riscos. Riscos considerados com menores probabilidades e impactos são adicionados em uma lista para monitoramento futuro.

Sendo assim, dá-se a importância da construção da matriz de probabilidade e impacto que é definida como uma tabela de referência ou uma matriz de probabilidade e impacto, uma vez que a avaliação da importância de cada risco e, consequentemente, da prioridade de atenção, pode ser fundamentada em uma tabela de referência ou uma matriz de probabilidade e impacto. Essa matriz especifica as combinações de probabilidade e impacto que resultam em uma classificação dos riscos de acordo com sua prioridade (baixa, media e alta).

II) Avaliação da qualidade dos dados sobre riscos: São necessários dados exatos e imparciais. A análise da qualidade dos dados avalia o grau de importância dos dados sobre os riscos para o gerenciamento de riscos. Se a qualidade dos dados não for suficiente é necessário nova coleta de dados. A técnica envolve precisão, qualidade, confiabilidade e integridade dos dados.

III) Categorização de riscos: O agrupamento dos riscos por causas-raiz comuns pode resultar em otimização de respostas.

IV) Avaliação da urgência dos riscos: Riscos que exigem respostas a curto prazo são considerados mais urgentes. Os indicadores de prioridade influenciam no tempo de resposta ao risco, sinais de alerta e classificação do risco.

V) Opinião especializada: Necessária para avaliar a probabilidade e o impacto de cada risco. Os especialistas geralmente são pessoas que tiveram experiência com

31

processos semelhantes em um passado não muito distante. A obtenção da opinião pode ser obtida através de entrevistas ou reuniões.

De acordo com Vallero (2012) catástrofes recentes tem destacado as dificuldades em avaliar e gerir riscos e os tipos de falha que pode ocorrer em circunstâncias extremas. O gerenciamento de riscos se torna mais peça de uma engrenagem. Os meios de caracterização e preparação para desastres pode variar amplamente, mesmo entre os engenheiros. Assim, é necessária a clareza de comunicação como princípios científicos são aplicados na prevenção e resposta a desastres.

Em comum acordo com engenheiros e especialistas, desastre é considerado eventos de baixas probabilidades com consequência de alto valor. A implantação de barragens de rejeito em um projeto minerário acarreta vários custos e está sujeito a diversos tipos de riscos, podendo estes se tornarem catástrofes.

3.5 Metodologias de análise Qualitativa de Risco

Segundo Villacourt (1992), nos primeiros estágios do ciclo de vida do produto é onde se tem maior influência na confiabilidade do produto. À medida que o projeto desenvolve, torna-se mais difícil para alterá-lo. Infelizmente, o tempo, o custo, e os recursos requeridos para corrigir um problema, detectado nas fases finais do processo de projeto, aumentam. Por esses motivos a análise de modo de falha e seus efeitos (FMEA) deve ser iniciado o mais rápido possível. Quanto mais cedo for feito o FMEA, mais fáceis e baratas serão as mudanças para a melhoria do produto. No entanto, nas fases iniciais de projeto (projeto conceitual) as informações são bastante reduzidas, sendo então utilizada a abordagem funcional para os modos de falha. Contudo, tendo-se conhecimento da técnica de FMEA/FMECA e das métricas a ela vinculada, pode-se já nas primeiras fases iniciais, levantar todos os requisitos requeridos para considerar este processo de análise ao longo do projeto.

32

3.5.1 Análise de modo de falha e seus efeitos – FMEA

A análise dos modos de falha e seus efeitos, conhecida como FMEA, foi utilizada pela primeira vez nos anos 40 na indústria de armamento dos EUA e atualmente tem grande aplicação em diversas áreas científicas, como é o caso das indústrias química, petrolífera e nuclear. A técnica é considerada uma das primeiras técnicas sistemáticas para a análise de falhas (PIMENTA, 2009).

Segundo Caldeira (2008), FMEA é uma técnica que considera os diversos modos de falha de um dado elemento e determina seus efeitos nos componentes e sistema global. Trata-se de uma metodologia analítica iterativa, descritiva e qualitativa com o objetivo de identificar os possíveis modos de ruptura de um sistema, de modo a prever a ocorrência e limitar os seus efeitos, o mais cedo possível, através de ações corretivas. Alguns conceitos e definições segundo Caldeira (2008):

a) Ruptura ou falha é a cessação da aptidão de um elemento ou do sistema para cumprir uma das funções para a qual foi projetado; b) Modo de ruptura ou falha é a forma como a ruptura é observada num elemento do sistema; c) Causa(s) da ruptura ou falha é(são) o(s) acontecimento(s) que conduz(em) aos modos de ruptura ou falha; d) Efeito de um modo de ruptura ou modo de falha consiste no conjunto de consequências associadas à perda de aptidão de um elemento para cumprir a função requerida.

FMEA é uma ferramenta de análise com a função de ação preventiva. Evita a ocorrência de falhas no projeto e/ou processo aumentando a confiabilidade do mesmo. Importante ressaltar que a técnica deve ser utilizada antes da execução em si do projeto. Se realizada previamente, a técnica permite eliminar as possíveis causas de decorrentes falhas, otimizando todo o processo (PIMENTA 2009).

Pimenta (2009) relata que o principal objetivo da metodologia é o conhecimento do sistema em análise, através da avaliação do impacto, na segurança e funcionalidade

33

do sistema, do modo de falha, das suas causas, efeitos e consequências, e da antecipação de medidas de prevenção, detecção e mitigação diversas.

Seguem alguns pontos importantes da referida técnica (PIMENTA 2009):

a) Identifica todos os possíveis modos de falha, descrevendo cada modo de falha, seus respectivos efeitos e controles existentes; b) Realiza cálculos de risco para cada falha levando em consideração alguns aspectos como grau de ocorrência, o grau de severidade e a probabilidade de detecção. Feito isto, é então proposto ações corretivas para suas respectivas falhas.

Benefícios do FMEA (CALDEIRA 2008):

a) Redução de falhas no desenvolvimento, na produção e utilização do produto; b) Prevenção ao invés de detecção; c) Redução de tempo e custo no desenvolvimento de produtos; d) Fontes de dados para critérios de manutenção; e) Critério para planejamento e aplicação de inspeções de ensaios; f) Reduzir o número de “recall”; g) Integração entre os departamentos envolvidos; h) Documentação do “knowhow” que a empresa tem do produto e sua fabricação.

Desenvolvimento da técnica:

Segundo Vaz (2014), a primeira etapa fundamental do processo é a decomposição do sistema em itens, etapa esta, que condiciona a análise subsequente. Cada elemento deve ter sua função especificada. O modo de falha é definido como a maneira que cada item falha ou deixa de apresentar a função desejada. Já o efeito relaciona-se com as consequências, ou seja, os resultados produzidos quando o modo de falha ocorre. Outro aspecto importante seria a causa do modo de falha, representando o motivo que levou o modo de falha a ocorrer.

34

Ao desenvolver o FMEA, inicialmente é necessário um formulário para registro das informações coletadas durante as etapas. Devido a grande variedade de leiautes de formulários acessíveis na literatura, o referido trabalho utilizou o formulário apresentado por Vaz (2014).

O formulário (figura 3.4) registra algumas informações básicas como:

a) Identificação do sistema; b) Identificação dos componentes; c) Descrição da função dos componentes; d) Modo de falha; e) Efeito; f) Causa; g) Controle; h) Índice de ocorrência (O); i) Índice de severidade (S); j) Índice de detecção (D); k) Número de prioridade de risco (NPR).

Figura 3.4: Exemplo de formulário FMEA Função

Modo de falha

Efeito final

S

Causa

O

CRIT

Controle

Tipo de controle

D

NPR

Sistema

Fonte: Vaz (2014)

Quando a análise de criticalidade é também considerada, o método, uma extensão do FMEA, é usualmente denominado FMECA (Análise dos modos de falha, efeitos e

35

criticalidade). No presente trabalho, a metodologia FMEA/FMECA será referida simplesmente como FMEA.

Mohr (1994) aponta a diferença entre FMEA e FMECA da seguinte maneira apresentada nas equações 1 e 2:

FMECA = FMEA + C

(1)

C = Criticalidade = (Ocorrência) x (Severidade)

(2)

O índice Ocorrência é usado para avaliar as probabilidades da falha ocorrer, enquanto que a Severidade avalia o impacto dos efeitos da falha, a gravidade dos efeitos.

No FMECA é calculado o Número de Prioridade de Risco (NPR) sendo que em algumas abordagens o valor é atribuído ao modo de falha e em outras a cada causa do modo de falha, conforme a equação 3:

NPR = (Ocorrência x Severidade) x Detecção

(3)

Detecção é um valor que indica a eficiência dos controles de detecção da falha (modo de falha ou causa do modo de falha). Quanto maior for o valor atribuído ao índice de detecção significa que maior será a dificuldade de detectar a falha. A tabela 3.1 indica os índices de severidade, ocorrência e detecção de acordo com Espósito & Palmier (2013).

36

Tabela 3.1: Classes e índices utilizados no FMEA ÍNDICE DE SEVERIDADE (S)

ÍNDICE DE OCORRÊNCIA (O)

ÍNDICE DE DETECÇÃO (D)

Si

Classe

Efeito

Oi

Classe

S 1

I

Probabilidade

Di

Probabilidade

O Muito baixo

1

I

Improvável

1

Quase certo

2

Muito alto

3

Alto

4

Moderadamente

(20%) 10

VI

Catastrófico

impossível Fonte: Adaptado de Espósito & Palmier, 2013, p. 108

Segundo Vaz (2014), o FMEA, por ser um registro, tende a evitar que problemas passados aconteçam novamente. As ações realizadas, fruto da análise proveniente do método, devem ser documentadas. No caso de barragens, o FMEA pode ser aplicado em várias fases de vida da estrutura, seja no projeto, construção ou operação.

Devido a uma utilização recente do método em barragens, há uma falta de valores de referência para subsidiar a análise geral da situação de risco. Apesar da falta de padronização, os princípios são comuns a vários padrões nacionais e internacionais, sendo um método altamente qualificado e reconhecido.

O glossário apresentado a seguir (Quadro 3.2) indica alguns conceitos importante no tocante ao gerenciamento de risco.

37

QUADRO 3.2: Glossário com alguns termos utilizados no gerenciamento de riscos TERMO/EXPRESSÃO

SIGNIFICADO/CONCEITOS

EXEMPLOS/OBERVAÇÕES

Resposta e/ou resultado de (Ver

exemplo

relativo

à

um determinado subsistema expressão modo de ruptura). a um determinado evento. EFEITO

A resposta constitui a forma como o subsistema responde ao

evento.

O

resultado

decorre da materialização da resposta do subsistema ao evento. MODO DE FALHA

Forma como se desenvolve a

(Ver exemplo relativo à

falha

expressão modo de ruptura).

Forma como se desenvolve a Exemplo do modo de ruptura ruptura.

Sucessão

de do corpo da barragem com

eventos,

designadamente perda de estabilidade global:

respostas e resultados nos Não abertura da comporta subsistemas níveis MODO DE RUPTURA

que

de

diferentes (acontecimento

associam

o sobrelevação

acontecimento iniciador ao água

a

iniciador); do

nível

montante

de

(falha

estado limite da estrutura em inicial); aumento dos esforços análise, para determinados atuantes

na

fatores de exposição.

rompimento

(resposta); comporta galgamento

comporta da

(resultado); da

estrutura

(estado limite último).

38

Continuação QUADRO 3.2: Glossário com alguns termos utilizados no gerenciamento de riscos TERMO/EXPRESSÃO

SIGNIFICADO/CONCEITOS EXEMPLOS/OBSERVAÇÕES Susceptibilidade

à Exemplos:

materialização de estados 1) método de execução dos limite ou de consequências,

aterros hidráulicos (relativo à

decorrente, no essencial, de materialização fatores VULNERABILIDADE

intrínsecos

de

do determinados estados limite

subsistema ou sistema em do corpo de barragens de questão.

aterro); 2) idade média elevada da população residente no vale a jusante

(relativo

às

consequências de uma cheia induzida). Capacidade

da

estrutura Do ponto de vista

cumprir os requisitos de matemático: CONFIABILIDADE

segurança, funcionalidade e confiabilidade= durabilidade que pode ser

1- probabilidade de ruptura

medida, por exemplo, numa base anual. Fatores não controláveis (à Exemplos: partida)

exteriores

ao 1) Ausência do operador de

subsistema ou sistema em serviço (relativo a estados questão

que

concorrem limite de órgãos hidráulicos);

FATORES DE

para o agravamento ou para 2) Instante do dia em que

EXPOSIÇÃO

a atenuação dos efeitos de ocorre o colapso do corpo da uma falha num componente barragem

(relativo

elementar ou da ocorrência consequências). de um estado limite.

às

39

4 METODOLOGIA

Este trabalho objetiva gerar conhecimentos para aplicação prática com fins à solução de problema específico (avaliação qualitativa do risco de barragem) no âmbito da gestão de risco e segurança de barragens. A metodologia será fundamentada em aplicação de ferramentas de gestão de risco já bem consolidadas na literatura. A escolha de tais metodologias realizou-se no contexto da linha de pesquisa em análise de risco, com o intuito de fortalecer a formação acadêmica dos proponentes da pesquisa e ainda que, talvez sejam as ferramentas qualitativas (FMEA e FMECA) mais utilizadas no âmbito acadêmico e profissional da área de barragens.

A metodologia será realizada em 3 etapas, sendo: a coleta de dados, a verificação de itens vulneráveis e a aplicação do FMEA e FMECA.

4.1 Coleta de dados

Para uma aplicação satisfatória do método de análise de risco é fundamental conhecer rigorosamente os dados relativos ao projeto, construção e operação da barragem a ser estudada. Fica importante ressaltar a complexidade e exigência de informações da análise de risco envolvida.

Citam-se aqui dados necessários para esta etapa, tais como: altura, comprimento, tipo de material da barragem, tipo de fundação, tipo de vertedouro, vazão de projeto, ano de construção, volume do reservatório, capacidade instalada, existência de instalações e população a jusante, condições de conservação e manutenção (ex: vazamento, recalques, erosão), dados de instrumentação, condicionantes geológicogeotécnicas, entre outros.

Quanto aos instrumentos utilizados na coleta de dados, o estudo apoia nas seguintes fontes:

40

a) Pesquisa documental; b) Dados terciários, i.e dados levantados por terceiros; c) Arquivos digitais (fotos).

4.2 Aplicação do método de análise de risco

Essa etapa constitui-se da aplicação da metodologia do FMEA/FMECA, explicitado no item 3.5 desse documento considerando as particularidades da barragem “A”.

41

5 PESQUISA E ANÁLISE DE DADOS

Neste capítulo será apresentado análise e discussão referente a aplicação do método proposto para a barragem “A”. Serão feitas discussões sobre o método proposto para realização da análise. Suas tabelas podem ser consultadas nos apêndices.

5.1 Características da barragem

A barragem “A” apresenta comprimento total de 438 metros e 23 metros de altura máxima. Grande parte do barramento é constituída por uma barragem de concretogravidade com 341 metros de extensão. Possui uma barragem de terra homogênea localizada na margem esquerda com altura de cerca de 10 metros e comprimento da crista de 97 metros. A barragem possui sistema de drenagem com um dreno de pé que conduz a água percolada para uma canaleta a jusante da estrutura.

Os órgãos extravasores são compostos por um vertedouro de descarga controlada, situada ao centro, no leito do rio, assentada sobre rocha, com 80 metros de comprimento e capacidade máxima de 810 m³/s, e duas válvulas de descarga no fundo, de 2,44 metros de diâmetro e capacidade máxima de 75 m³/s cada. A tomada da água, incorporada à barragem e situada na margem esquerda do rio, é composta por um conduto de 4,5 metros de diâmetro e 28,2 metros de comprimento, e engolimento máximo de 40 m³/s.

A barragem possui 8 comportas do tipo segmento. Para ativação das comportas existe um sistema redundante. No caso da falha geradora, existe a possibilidade de retorno da linha, que se por sua vez falhar, entra em ação a fonte externa, e, se esta falhar, há um gerador diesel de emergência. Por ultimo, o acionamento manual.

42

A tabela 5.1 apresenta as características da barragem.

Tabela 5.1: Características da barragem "A" Idade da barragem (anos)

59

Tipo de material utilizado na barragem

Concreto convencional e terra

Tipo de fundação

Rocha sã

Altura do maciço (m)

23

Capacidade total do reservatório (m³)

192,70 x 106

Vazão de projeto do vertedouro (m³/s)

960

Instrumentação usada e quantidade

3 medidores de vazão percolada pela barragem

Equipamentos de comunicação

Hot line, telefonia fixa e celular

Tipo de fundação

Rocha sãe rocha alterada fraturada com tratamento

Potência nominal (MW)

7,2 Fonte: Autor

A tabela 5.2 apresenta valores operativos da barragem “A”.

Tabela 5.2: Valores característicos da barragem Cota operativa mínimo (m)

Vertimento máximo (m³/s)

Área operativa máxima (km²)

748,30

960

23,27

Cota operativa máximo (m)

Defluência máxima (m³/s)

Área max maximorum (km²)

756,30

1002

23,29

Cota máxmaximorum (m)

Cota do coroamento (m)

Volume operativo mínimo (hm³)

756,30

758,3

59,59

Volume total (hm³)

Área operativa minima (km²)

Volume operativo máximo (hm³)

192,7

10,63

192,05

Cota soleira comporta (m)

Cota crista vertedouro (m)

Volume max maximorum (hm³)

753,3

753,3

192,70

Cota eixo válvula fundo (m)

Vazão restrição (m³/s)

Volume morto (hm³)

738,02

420

59,59

Volume útil (hm³)

Data do início do enchimento

Afluência máxima diária (m³/s)

132,46

01/01/1953

2000

Fonte: Autor

43

5.2 Aplicação FMEA

Para aplicação da análise dos modos de falha e seus efeitos, o FMEA, inicialmente é preciso estruturar o sistema da barragem.

A escolha do sistema é realizada considerando a importância dos elementos para as definições subsequentes dos modos de falha e efeitos. Para análise, o sistema, os subsistemas e componentes foram definidos conforme a figura 5.1.

Figura 5.1: Sistema Barragem "A" SISTEMA: BARRAGEM “A” 1- BARRAGEM DE CONCRETO 1.1 Crista 1.2 Rip-Rap 1.3 Sistema de drenagem superficial 1.4 Sistema de drenagem interna 2- FUNDAÇÃO 3- OMBREIRAS 3.1 Ombreira direita 3.2 Ombreira esquerda 4- COMPORTAS

A aplicação da técnica foi realizada no atual estágio de operação da barragem, podendo a técnica, ser executada em vários estágios, como por exemplo, construção, projetos.

Nas tabelas da metodologia apresentadas nos apêndices, explicitou-se a importância de cada item, relatando sua função, efeito, modo de falha, controle e tipo de controle. Importante ressaltar que para o referido estudo, foi considerado apenas o “efeito” final. A técnica permite realizar análise sobre efeito local, efeitos sobre outros subsistemas/componentes.

44

Para realização da técnica, as classificações dos índices de severidade, ocorrência e detecção foram referenciados de acordo com a tabela 3.1, já vista no capítulo 3.

Devido a grande variedade de tabelas existentes na literatura para aplicação do FMEA, no referido trabalho foi utilizado o layout de tabela baseado no trabalho de Vaz (2014). A tabela 5.3 representa um subsistema da barragem “A” das tabelas presentes nos apêndices.

45

TABELA 5.3: Modelo de formulário para aplicação do FMEA Função

Modo de

Efeito final

S

Causa

O

CRIT

Controle

falha

Tipo de

D

NPR

Prevenção

1

8

Detecção

6

120

controle

Comporta Descarregar

Falha

Rompimento da

o volume

elétrica,

comporta

excessivo de

mecânica ou

Galgamento

forma que a

estrutural

barragem

8

IV

Falha

1

I

8

operacional 10

V

Falha

Teste mecanizado periodicamente

2

operacional/ manutenção

opere de forma otimizada Fonte: Autor

II

20

Inspeção visual

46

Devido à extensão das tabelas e o volume de informações associados, somente as discussões referentes aos aspectos de maior NPR serão discutidos, sendo fixado para este trabalho o valor limiar de 80.

Os valores encontrados para o NPR variam de 1 a 180 (referência nos apêndices). Os itens de maior relevância (NPR’s 80, 120 e 180) estão localizados nos componentes de sistema de drenagem interna, barragem de concreto e comportas.

No primeiro caso, o sistema de drenagem interna apresenta como modo de falha (1.4(1) no Apêndice C) a incapacidade de coletar e conduzir água percolada. Quanto a severidade, o alto valor se justifica devido a falha apresentada causar instabilidade global da barragem, podendo chegar a uma ruptura da mesma. As causas estão relacionadas à inadequação de granulometria, às colmatações (contaminação dos elementos drenantes), espessuras ou dimensões insuficientes ou recalques diferenciais com trincas internas, resultando em percolações indevidas. As causas foram julgadas como ocorrência remota de acordo com indícios de campo, instrumentação. A detecção foi considerada moderadamente alta, embora os mecanismos de falha sejam internos, os mesmos podem ser identificados por inspeções visuais e instrumentação utilizando piezômetros no maciço.

No segundo caso, a falha está relacionada a comportas. As comportas apresentam função de descarregar o volume excessivo de maneira que a barragem opere de forma otimizada. O modo de falha (4.1(2) no Apêndice F) está ligado a falhas elétricas, mecânicas ou estruturais. Tais falhas apresentaram alto grau de severidade devido o efeito final poder causar rompimento da comporta ou galgamento da barragem. As causas estão relacionadas com falhas operacionais e/ou falhas de manutenção. A detecção foi considerada moderada, devido apresentar dificuldade de visualizar tais falhas. Medidas de controle seriam testes mecanizados periodicamente nas comportas, ou seja, abertura e fechamento das comportas e inspeções visuais realizadas pela equipe técnica. A figura 5.2 representa as comportas no sistema.

47

Figura 5.2: Comportas

Fonte: Autor

No terceiro caso, a falha está relacionada a barragem de concreto em si, com função de conter o reservatório. O modo de falha (1(2) no Apêndice A) está relacionado a trincas no concreto, apresentando alto grau de severidade devido seu efeito final poder ocorrer cavitação do concreto, abertura de brechas e estas progressivamente chegar a um possível colapso. As causas estão interligadas a falhas na execução do projeto e propriedades inadequadas do material, apresentando ocorrência remota. A detecção foi considerada muito alta quando relacionada com falha na execução e baixa quando relacionada com propriedade inadequada do material. Medidas de controle para as falhas citadas poderiam ser utilização de impermeabilizantes, inspeção visual e instrumentação, construção de bermas estabilizadoras e recompactação. A figura 5.3 representa trincas no maciço

48

Figura 5.3: Trincas no maciço

Fonte: Autor

5.3 Resultados e discussão

A metodologia qualitativa avalia cada elemento (causa, modo de falha, efeito, controle) de forme individualizada e auxilia em uma avaliação global da barragem. Um melhor conhecimento do desenvolvimento de uma barragem é uma vantagem da utilização do método. Os resultados mostram os modos de ruptura mais críticos na barragem “A”, demonstrando a eficácia do método como demonstrado na matriz abaixo. Com um valor limiar, definido para essa pesquisa, de 80, modos de falha relacionados a comporta, sistema de drenagem interna e trincas no concreto da barragem apresentaram maior NPR e foram discutidos no item 5.2. O método demonstrou baixo NPR para a crista da barragem justificado pela baixa severidade quanto à obstrução do acesso apresentando quase certa detecção. O Rip Rap com função de

49

proteger o talude de montante contra ações de erosão externa apresentou severidade (efeito) médio, improvável ocorrência e detecção considerada eficiente, acarretando em um baixo NPR. O sistema de drenagem superficial, causando efeito de erosão externa com instabilidade local, apresentou média severidade, ocasional ocorrência, quase certa detecção, resultando em um baixo NPR. A fundação apresentou improvável ocorrência do modo de falha com efeitos considerados catastróficos como, por exemplo, no caso de movimentação de massa, a detecção foi considerada baixa. As ombreiras apresentaram baixo NPR devido a improvável ocorrência e alta detecção. A figura 5.4 apresenta a matriz de risco para o sistema da barragem “A”, com a criticalidade dos modos de falha mais importantes da análise. A representação gráfica do risco auxilia a visualização dos modos de falha com base nas componentes do risco: probabilidade e ocorrência. Dessa forma é possível distinguir um modo de falha de ocorrência improvável, mas consequência elevada, de outro com alta ocorrência e baixa consequência. A matriz é usada para classificar individualmente os riscos. Usando combinações de probabilidade de ocorrência e severidade de cada risco, os riscos foram priorizados uns em relação aos outros com a classificação em grupos de alto risco, risco moderado e risco baixo. A área vermelha representa alto risco, a área amarela, laranja e azul representa risco moderado e a área verde representa baixo risco. Na matriz são demonstrados os riscos de maior prioridade. Riscos associados a trinca no concreto, drenagem interna e comportas apresentaram elevada severidade e baixa ocorrência. Tais riscos se inserem em uma zona de moderado a alto risco (cores amarelo e laranja). Os demais riscos se apresentaram na região de baixo a moderado risco.

50

Figura 5.4: Matriz de risco para os elementos críticos da barragem "A" Frequente (V) Provável (IV)

Ocorrência

Ocasional (III)

4.1(2)

Remoto

1(2), 1.4(1)

(II) Improvável (I) Muito

Baixo

Médio

Grave

Muito

Catastrófico

Baixo

(II)

(III)

(IV)

grave

(VI)

(I)

(V)

Severidade Fonte: Autor

Legenda: Risco Baixo Risco Moderado Baixo Risco Moderado Risco Moderado Alto Risco Alto

O FMEA apresenta caráter preventivo e lógico, além de ser utilizado como referência em soluções rápidas de problemas. O método permite um conhecimento da estruturação da barragem, seus sistemas, subsistemas, assim como sua funcionalidade, modos de falha, causas e consequências de cada sistema ou componente, apresentando medidas de prevenção e detecção.

51

6 CONCLUSÃO

A gestão de riscos aplicada em barragens pode ser considerada positiva na fase de operação e manutenção por auxiliar os empreendedores no monitoramento e priorização das atividades de reparo e conserto das estruturas.

O referido trabalho elucidou os riscos provenientes da operação da barragem e apontou medidas de prevenção e controle para tais riscos. Os objetivos foram alcançados ao passo que a análise qualitativa foi realizada, demonstrando a importância do desenvolvimento de metodologias e aplicação das ferramentas de análise de risco.

O método de análise de risco indicou resultados consistentes identificando os riscos de maior prioridade a serem tratados. Estes estão relacionados a trincas no concreto, sistema de drenagem interna e comportas.

Como em todos os métodos, o FMEA apresenta algumas deficiências, dentre as quais, o fato do método não considerar efeitos conjugados, analisando isoladamente os modos de falha de cada componente e não considerar a variável tempo durante a análise, já que no método são considerados dois estados: funcional (ruptura) e não funcional (não ruptura). O método não considera mudanças progressivas durante a realização da análise. Outro ponto a ser considerado seria que os resultados podem ser influenciados pela experiência profissional dos técnicos envolvidos bem como pelas respectivas preocupações. Uma forma de minimizar este fato seria a utilização de painéis de peritos ou comparação com decisões de referência anteriores para cenários semelhantes.

A aplicação do FMEA proporcionou demonstrar a eficiência da técnica e propor com maior clareza as medidas de análise, gerenciamento e resposta aos riscos, apontando quais riscos devem ser tratados com urgência (maior NPR) e quais devem ser monitorados no futuro (menor NPR).

52

A análise pode ser uma ferramenta útil em um plano de ação do empreendimento e de grande relevância, ao passo que grande parte das barragens brasileiras é desassistida, ou seja, em maior parte do tempo a estrutura encontra-se sem operador no local o que incrementa muito o risco associado a este tipo de situação.

6.1 Sugestões para pesquisas futuras

I) Estudos envolvendo valores de referência para apreciação de riscos na metodologia FMEA/FMECA, em particular para as barragens que apresentam uma componente da consequência extremamente elevada;

II) Desenvolvimento das estimativas relacionadas às consequências de ruptura da barragem, que representam cenários complexos e pouco conhecidos. A avaliação das consequências foi o ponto tratado com menor ênfase neste estudo.

53

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VAZ, A.M. Análises de risco aplicadas a barragem de terra e enrocamento. 2014.

VILLACOURT, M. Failure Mode and Effects Analysis (FMEA): A guide for continuous improvement for the Semiconductor Equipment Industry. 1992.

VOLKMER, M. V. Análise de subpressão em fundações rochosas e seus efeitos na estabilidade de barragens tipo gravidade. Brasília: universidade federal de brasília, 2011.

55

APÊNDICE A – FMEA – Sistema Barragem “A” Função

Modo de falha

Efeito final

S

Causa

O

CRIT

Controle

Tipo de controle

Depleciamento do reservatório e manutenção de borda livre

Prevenção

D

NPR

1

9

2

60

6

180

1

12

1

28

Barragem de concreto

Galgamento (falhas hidráulicas) 1(1)

Erosão externa com formação de brecha

9

V

Conter o reservatório Trinca no concreto 1(2)

Cavitação do concreto e abertura de brechas

10

Níveis de água excepcionais (vazão observada maior que a vazão de projeto)

1

Falha na execução

3

I

II

9

3

II

Detecção

Utilização de impermeabiilizante

Prevenção

Inspeção visual e instrumentação

Detecção

Construção de bermas estabilizadoras

Prevenção

Recompactação

Prevenção

Inspeção visual e instrumentação

Detecção

Reconstrução e recompactação

Prevenção

Inspeção visual

Detecção

Alteamento da crista

Prevenção

Inspeção visual e monitoramento por campanhas fotográficas

Detecção

30

VI Propriedades inadequadas do material

Monitoramento dos níveis por sistema de telemetria

30

Crista Permitir acesso a barragem

Obstrução do acesso 1.1(1)

Garantir a borda libre da barragem

Deformação excessiva 1.1(2)

Impossibilidade de execução de inspeções

Galgamento

3

7

II

IV

Excesso de deformações Recalques (Inadequação de projeto ou construção)

4

4

III

III

12

28

56

APÊNDICE B – FMEA – Sistema Barragem “A” Função

Modo de falha

Efeito final

S

Causa

O

CRIT

Controle

Tipo de controle

D

NPR

1

10

1

5

4

20

4

20

1

10

1

10

Rip-Rap Desagregação dos blocos da rocha

2

II

10

Deslocamento de blocos Proteger

por ondas ou ciclos de

lateral do

molhagem e secagem

talude de montante contra ações de ondas e erosão externa

Falha de Proteção 1.2(1)

Erosão externa com instabilidade parcial

Movimentação por 5

III

colapso Movimentação por fluência Compactação insuficiente Material de transição não adequado

1

I

I

5

1

I

5

2

II

10

II

Prevenção

Inspeção visual

Detecção

Recomposição do Rip-Rap

Prevenção

5

1

2

Recomposição do Rip-Rap

Inspeção visual

Detecção

Recomposição do Rip-Rap

Prevenção

Inspeção visual

Detecção

Recomposição do Rip-Rap

Prevenção

Inspeção Visual

Detecção

Recomposição do Rip-Rap

Prevenção

Inspeção Visual

Detecção

Recomposição do Rip-Rap

Prevenção

Inspeção Visual

Detecção

10

57

APÊNDICE C – FMEA – Sistema Barragem “A” Função

Modo de falha

Efeito Final

S

Causa

O

CRIT

Controle

Tipo de controle

D

NPR

1

16

1

20

1

16

1

20

Sistema de drenagem superficial 4 Coletar e conduzir a água superficial sobre o talude

Incapacidade de coletar e conduzir a água 1.3(1)

Substituição de zonas

Quebra de III

canaleta de

4

III

16

Erosão externa

concreto

Inspeção visual

com instabilidade

Obstrução por

Limpeza periódica das

local

detrito ou

canaletas

4

III

material da

5

III

20

Inspeção visual

barragem

Substituição de zonas

Quebra de Coletar e conduzir

Incapacidade

a água que

de coletar e

percola sobre a

conduzir a

barragem

água 1.3(2)

danificadas

4

III

canaleta de

4

III

16

danificadas

Erosão externa

concreto

Inspeção visual

com instabilidade

Obstrução por

Limpeza periódica das

local

detrito ou

canaletas

4

III

material da barragem

5

III

20

Inspeção visual

Prevenção Detecção Prevenção

Detecção

Prevenção Detecção Prevenção

Detecção

58

Continuação APÊNDICE C – FMEA – Sistema Barragem “A” Função

Modo de

Efeito final

falha

S

Causa

O

CRIT

Controle

Tipo de controle

D

NPR

4

36

4

120

4

120

4

80

Sistema de drenagem interna (ombreira) Depleciamento do reservatório Inadequeção Piping

9

V

de

Construção de drenos 1

I

9

granulometria

complementares Contrução de bermas estabilizadoras Contrução de bermas

Incapacidade Controle da

de coletar e

percolação

conduzir

através da

água

barragem

Colmatação

3

II

30

estabilizadoras Inspeção visual

percolada

Instabilidade

1.4(1)

parcial da barragem

Inspeção visual e

Espessura ou 10

VI

dimensões

3

II

30

insuficientes

instrumentação (piezometria) Construção de bermas estabilizadoras

Recalques

Inspeção visual e

diferenciais

instrumentação (piezometria)

com trincas internas

2

II

20

Construção de bermas estabilizadoras

Prevenção Prevenção

Prevenção

Prevenção Detecção Detecção

Prevenção

Detecção

Prevenção

59

APÊNDICE D – FMEA – Sistema Barragem “A” Função

Modo de falha

Efeito final

S

Causa

O

CRIT

Controle

Tipo de controle

D

NPR

5

45

6

54

7

42

7

63

Fundação Movimento Prover

de massa

suporte

2(1)

Instabilidade global

9

V

para a barragem de

Erosão

concreto

Interna 2(2)

Piping

Reforço dos tratamentos de

Tratamento de

9

V

fundação deficiente

1

I

9

fundação

ou inadequado

Inspeção visual e instrumentação

Percolação

Reforço dos tratamentos de

excessiva

fundação

associada a

1

I

Prevenção Detecção

Prevenção

9

tratamento de

Inspeção visual e instrumentação

Detecção

fundação deficiente

Controlar a

Percolação

Perda de

excessiva

armazenamento

2(3)

de água

Reforço dos tratamentos de 6

III

Falha no tratamento da fundação

1

I

6

Inspeção visual e instrumentação

percolação sobre a barragem

Erosão interna 2(4)

Obras de drenagem em áreas a

Tratamento de Piping

9

V

fundação deficiente ou inadequado

fundação

1

I

9

jusante Inspeção visual e instrumentação

Prevenção Detecção Detecção Detecção

60

APÊNDICE E – FMEA – Sistema Barragem “A” Função

Modo de falha

Efeito Final

S

Causa

O

CRIT

Controle

Tipo de controle

D

NPR

3

30

3

54

Ombreiras Movimento

Instabilidade

de massa

local da

3(1)

barrage

Falhas de projeto ou 5

III

construção no contato

2

II

10

com a barragem

Selagem de trincas

Prevenção

Recompactação

Prevenção

Inspeção visual e insturmentaçao

Detecção

Reforço dos

Conferir estabilidade na interface do aterro Erosão interna 3(2)

Piping

9

V

Falhas no projeto ou

tratamentos no

construção da

contato

barragem criando

2

II

18

Obras de drenagem

caminhos para

a jusante

percolação de água

Inspeção visual e instrumentação.

Prevenção

Prevenção

Detecção

61

Continuação APÊNDICE E – FMEA – Sistema Barragem “A” Função

Modo de falha

Efeito Final

Movimento de massa 3.1(1)

Instabilidade local da barragem

S

Causa

O

CRIT

Controle

Tipo de controle

Selagem de trincas

Prevenção

Recompactação

Prevenção

D

NPR

2

24

2

36

2

12

Ombreira direita

Conferir estabilidade na interface do aterro

Erosão interna 3.1(2)

Piping

6

9

IV

V

Falhas de projeto ou construção no contato com a barragem

Falhas no projeto ou construção da barragem criando caminhos para percolação de água

2

II

12

Inspeção visual e instrumentação Reforço dos tratamentos no contato 2

II

18

Detecção Prevenção

Obras de drenagem a jusante

Prevenção

Inspeção visual e instrumentação.

Detecçao

Selagem de trincas

Prevenção

Recompactação

Prevenção

Ombreira esquerda

Conferir estabilidade na interface do aterro

Movimento de massa 3.2(1)

Instabilidade local da barragem

6

IV

Falhas de projeto ou construção no contato com a barragem

1

II

6

Inspeção visual e instrumentação Obras de drenagem a jusante Inspeção visual e instrumentação.

Detecção Prevenção Detecção

62

APÊNDICE F – FMEA – Sistema Barragem “A” Função

Modo de falha

Efeito final

S

Causa

O

CRIT

Controle

Tipo de

D

NPR

Prevenção

1

8

Detecção

6

120

controle

Comporta Descarregar o volume excessivo de forma que a barragem opere de forma otimizada

Falha elétrica, mecânica ou estrutural

Rompimento da comporta

8

IV

10

V

Falha operacional

1

I

8

2

II

20

Teste mecanizado periodicamente

4.1(1) Falha elétrica, mecânica ou estrutural 4.1(2)

Galgamento

Falha operacional/manutenção

Inspeção visual

13