Assessment of the displacements and deformation mechanisms in a rockfill dam. Case study of Cerro da Mina Reservoir.

Abstract

Reservatório Cerro da Mina é um reservatório de águas industriais, parte do complexo mineiro de Neves-Corvo, ao sul de Portugal. Impermeabilizado a montante por uma membrana de PEAD e construído aproximadamente metade em enrocamento e metade em rocha escavada, esta barragem esteve sujeita a três momentos de assentamento abruptos no aterro nos seus primeiros anos de operação. Este comportamento levantou questões acerca da natureza dos movimentos e da possibilidade de algum problema inesperado. A análise dos dados de nove extensómetros e de um inclinómetro instalados na secção de maior altura do enrocamento, juntamente com a avaliação das condições ambientais nos períodos em causa, revelaram que os deslocamentos significativos e inesperados coincidiram com períodos de intensa pluviosidade e subida no nível de água no reservatório. Tanto as deformações verticais como as horizontais apresentaram tendência de aumento acelerado sempre que um novo máximo no histórico de precipitações era registrado. O comportamento observado sugere que o aumento da humidade nos vazios do enrocamento gera uma redução significativa nos valores de sucção nos poros dos elementos rochosos, causando colapsos induzidos por molhagem no enrocamento. Além disso, os dados de observação indicam uma reduzida influência da oscilação do nível de água no reservatório na direção vertical, descartando este fator como causa principal dos assentamentos no enrocamento. As taxas de deformações verticais a longo prazo foram calculadas e apresentaram tendência similar ao previsto para este tipo de estrutura, não demonstrando sinais de problema neste sentido.

Reservatório Cerro da Mina is an industrial water reservoir part of Neves-Corvo mining compound, in the south of Portugal. Covered by an upstream impervious HDPE membrane and constructed approximately half on rockfill embankment and half on excavated rock, this dam experienced three moments of abrupt settlements on its embankments in the first years of operation. This behaviour raised concerns regarding the nature of the movements and the possibility of unanticipated problems. The analysis of the data from nine extensometers and one inclinometer installed in the highest section of the rockfill embankment, along with the assessment of the environmental conditions in the periods of interest, revealed that these significant unexpected vertical displacements coincided with periods of intense rainfall and rise in the water level in the reservoir. Both vertical and horizontal deformations of the rockfill showed a tendency of sudden increase when a new maximum in the precipitation record occurred. This represents an indication that the increase in humidity in the rockfill voids led to a significant decrease in the rock pore suction, causing wet-induced collapses in the rockfill. Additionally, the influence of the oscillation of the water level reservoir was estimated very small in the vertical direction, rejecting this factor as a major source of settlements in the rockfill. Long-term vertical deformation rates in the rockfill were calculated and presented a tendency fairly similar to what is expected for the kind of construction, showing no evidences of problems in that matter.