Era impossível prever que uma forte chuva em 18 de maio de 2020 resultaria no terrível rompimento das barragens de Edenville e Sanford em Michigan, nos EUA.
Mas essa catástrofe poderia ter sido evitada de acordo com as conclusões de uma equipe pericial independente (IFT, Independent Forensic Team) em seu relatório divulgado em setembro de 2021 pela Comissão federal reguladora de energia dos EUA (FERC, Federal Energy Regulatory Commission).
“A causa principal foi a barragem de Edenville. Se ela não tivesse se rompido, a barragem de Sanford provavelmente estaria intacta hoje”, comentou Vincent Castonguay, engenheiro de pesquisa da Seequent.
No dia 19 de maio, às 17h 35m, sobrecarregada pelo dilúvio, a barragem de Edenville se rompeu. Ela vazou rapidamente sobre a barragem de Sanford, a jusante, carregando uma parede de água ao longo do rio Tittabawassee.
A enchente forçou a evacuação de mais de 10.000 pessoas das comunidades de Midlands, Sanford e Saganar, inundou mais de 2.500 edifícios e causou prejuízos de mais de 200 milhões de dólares. Surpreendentemente, não houve vítimas.
Incrivelmente, testemunhas oculares registraram, por vídeo, o exato momento em que a primeira barragem se rompeu.
“Para os engenheiros, isso é importante, pois raramente testemunhamos eventos como esse em tempo real”,
comentou Castonguay. Com isso, a equipe pericial foi capaz de comparar, no GeoStudio, as simulações do rompimento da barragem às imagens reais gravadas.
Os resultados da análise mostraram uma correlação perfeita e ajudaram a determinar a causa como um fenômeno de rompimento de barragem relativamente raro, que é a liquefação estática.
Aterros íngremes e solo solto
Edenville e Sanford eram duas das quatro barragens de propriedade da Boyce Hydro Power, ao longo do rio Tittabawassee, que foram construídas na década de 1920 para gerar hidroeletricidade.
“Se fosse construída hoje, a barragem de Edenville não estaria sujeita à liquefação estática. Mas ela foi construída há 100 anos, antes da existência da maior parte do nosso atual conhecimento em engenharia geotécnica e normas atualizadas de segurança de barragens”, comentou Castonguay.
Atualmente, os aterros são construídos lentamente de baixo para cima, em camadas individuais densamente compactadas ou em desvios na vertical.
“Usamos taludes suaves para aumentar a estabilidade a longo prazo, pois a maioria dos tipos de solo é naturalmente instável em taludes íngremes.
. E durante a fase de desenvolvimento do projeto, temos um controle rigoroso sobre os tipos de solo usados em testes constantes para garantir que as propriedades estejam em conformidade ou não ignorem as nossas hipóteses”, comentou Castonguay.
Na barragem de 190 metros de Edenville, o uso de uma técnica denominada aterro hidráulico foi grande parte do problema de construção. “Foi principalmente o empilhamento de material solto, saturado e não compactado.
O aterro também era bastante íngreme a 1,8:1 (horizontal para vertical); ou seja, era uma relação de inclinação que qualquer engenheiro estranharia, a menos que o aterro fosse bem compactado, o que não foi o caso”, comentou Castonguay.
A barragem de Sanford era uma estrutura semelhante, porém menor do que a de Edenville, com um vertedouro fechado, um vertedouro de emergência e uma central de distribuição elétrica.
Embora não fossem as mais estáveis, as duas barragens permaneciam resistentes com um fator de segurança adequado para garantir a estabilidade em condições normais de operação”, comentou Castonguay.
Contudo, a análise geotécnica da IFT (realizada no SLOPE/W, no SEEP/W e no SIGMA/W do GeoStudio) mostrou que as chuvas incessantes fizeram com que o nível do reservatório subisse continuamente e piorasse a estabilidade da barragem.
“Estamos falando de areia fofa, íngreme e saturada; essas são as condições perfeitas para liquefação estática e consequentemente o rompimento da barragem”, comentou ele.
O quebra-cabeça da liquefação estática
O evento climático extremo elevou o lago Wixom (reservatório artificial represado pela barragem de Edenville) a níveis perigosamente mais altos do que nunca.
Os moradores das casas que margeavam o lago observaram nervosamente a água chegar a apenas 30 centímetros do topo do aterro.
De acordo com a IFT, o nível do reservatório aumentou aproximadamente 1,8 metro nos dois dias que antecederam o rompimento (0,9 metro acima do recorde anterior de elevação medido em 1929).
O software SEEP/W do GeoStudio foi usado para simular a elevação do nível do reservatório durante a chuva e seu impacto na estabilidade geral da barragem.
“A forma como a IFT decidiu usar o nosso software, a meu ver, demonstra claramente a vasta experiência e conhecimento dessa equipe.
. A análise do SEEP/W simula a infiltração e a transferência de água que ocorre em um meio poroso, como uma barragem de terra.
Nesse caso, a IFT simulou a resposta da barragem de Edenville à forte chuva e como isso afetou o nível piezométrico dentro da estrutura”, comentou Castonguay.
A análise de estabilidade do SLOPE/W usou os resultados do SEEP/W para identificar corretamente onde o nível piezométrico estava posicionado e, em seguida, calcular a estabilidade ou a instabilidade da barragem em vários momentos na linha do tempo do evento.
“O SLOPE/W foi extremamente útil para compreender quando a estabilidade estava mais marginal ou quando estava mais estável”, comentou Castonguay.
Solo saturado empurrado para além do limite
Mas esses dois tipos de análise, por si só, não explicam o rompimento. A estabilidade não era marginal o suficiente para que o rompimento ocorresse.
O interessante é que os resultados do SEEP/W e do SLOPE/W foram integrados ao SIGMA/W para simular o comportamento de tensão e deformação.
“Especificamente, as condições de tensão dentro da barragem, após calculadas, ajudaram a identificar a zona onde a liquefação estática provavelmente ocorreria”, comentou Castonguay.
A IFT concluiu que, à medida que o nível do lago Wixom subia, a carga hidráulica aumentava no aterro e aplicava mais tensão do que a estrutura de terra já havia suportado antes.
Talvez o nível mais alto tenha introduzido água do reservatório nas camadas permeáveis do aterro superior. Isso provavelmente causou o escorregamento antes do rompimento, o que alertou testemunhas oculares sobre o local exato da ruptura iminente que conseguiram registrar em vídeo.
“O aumento da infiltração e o aumento da poropressão saturaram o solo arenoso não compactado dentro da estrutura. Bastou o pé da barragem descarregar para desencadear a liquefação estática e, em seguida, rompimento”, comentou Castonguay.
Inovação para compreender eventos extremos
O trabalho de qualquer equipe pericial é reconstituir a história reunindo as evidências e interpretando os eventos.
“Em casos como esse, o GeoStudio, como uma ferramenta para enfrentar desafios complexos de forma fácil e simples, realmente se destaca.
. É uma solução ajustável que pode servir para qualquer tipo de problema de engenharia geotécnica sob demanda”, comentou Castonguay.
A liquefação estática é uma questão complicada, mas, nesse caso, a IFT foi capaz de esclarecer facilmente como a forte chuva afetou a estabilidade dos taludes e também calcular o estado de tensão dentro da barragem.
As condições da água mudaram, a baixa poropressão aumentou conforme o aumento do nível do reservatório, o que gerou menores tensões efetivas e menor resistência.
“Com os produtos do GeoStudio (o SLOPE/W, o SEEP/W e o SIGMA/W), às vezes usados em sequência e às vezes em conjunto, a equipe pericial foi capaz de criar facilmente uma narrativa para compreender os fenômenos de liquefação e explicar o rompimento.
Tudo isso graças à solução criativa deles. Foi uma ótima maneira de enfrentar um desafio realmente complexo, comentou Castonguay.