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1 2151 – CONCRETOS ESPECIAIS CONCRETO MASSA CONVENCIONAL E COMPACTADO COM ROLO PARA BARRAGENS Prof. Dr. PAULO SÉRGIO DOS SANTOS BASTOS (wwwp.feb.unesp.br/pbastos)

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1 – CONCRETOS ESPECIAIS CONCRETO MASSA CONVENCIONAL E COMPACTADO COM ROLO PARA BARRAGENS Prof. Dr. PAULO SÉRGIO DOS SANTOS BASTOS (wwwp.feb.unesp.br/pbastos) UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA UNESP - Campus de Bauru/SP FACULDADE DE ENGENHARIA Departamento de Engenharia Civil

2 2 Selmo Chapira Kuperman, C oncreto massa convencional e compactado com rolo para barragens. Concreto, Ensino, Pesquisa e Realizações, São Paulo, Ed. Geraldo Cechella Isaia, IBRACON, 2005, pp CONCRETO MASSA CONVENCIONAL E COMPACTADO COM ROLO PARA BARRAGENS

3 3 Definição de Concreto Massa: aquele que, ao ser aplicado numa estrutura, requer a tomada de precauções que evitem fissurações derivadas de seu comportamento térmico. INTRODUÇÃO Histórico

4 4 - refinar proporções dos materiais; - proteger fôrmas e superfícies expostas; - utilizar agregados com propriedades térmicas adequadas; - pré-esfriar os materiais constituintes do concreto, utilizar gelo; - colocar o concreto em vários níveis. Precauções:

5 5 Primeiras aplicações do concreto massa em barragens (de gravidade) brasileiras, no início do século XX. Consumo: Até 1950: 1 milhão m 3 50 a 60: + 2 milhões m 3 Anos 60: + 7 milhões m 3 Anos 70: + 23 milhões m 3 Histórico

6 6 Itaipu: 750 m 3 /h Tucuruí: 500 m 3 /h Até 1980: empregava a metodologia do concreto convencional aplicada ao com- creto massa para barragens, com trabalhabilidade e consistência adequa- das e adensamento com vibradores de imersão. Histórico

7 7 Concreto massa - Itaipu

8 8 Concreto massa - Tucuruí

9 9 1986: primeira barragem construída com concreto compactado com rolo – CCR (135 mil m 3 em 110 dias). Testes desde 1976, em partes de barragens. CCR: concreto de consistência seca que, no estado fresco pode ser produzido, transportado, lançado (espalhado) e compactado com equipamentos empre- gados em serviços de terraplanagem. Barragens: uma camada imediatamente sobre a anterior. Histórico

10 barragens construídas no mundo com CCR (50 no Brasil). CCR proporciona rapidez construtiva e economia. Diferenças entre concreto massa com- vencional e CCR: consistência e método de adensamento. CMC: vibradores de imersão; CCR: passagem de rolo compactador. Histórico

11 11 CCR - Barragem

12 12 CCR - Barragem

13 13 CCR - Barragem

14 14 CCR - Barragem

15 15 CCR - Barragem

16 16 CCR - Barragem

17 17 construcao-de-usinas/ Concreto massa refrigerado

18 18 CCR - Pavimentação

19 19 CCR - Pavimentação

20 20 CCR - Pavimentação

21 21 CCR - Pavimentação

22 22 CCR - Pavimentação

23 23 CCR - Pavimentação

24 24 CCR - Pavimentação

25 25 Tipo de concreto massa numa barragem depende das necessidade de projeto e tensões atuantes. Barramento (barragem de gravidade) com alturas < 80 m. - Ilha Solteira: 10 a 15 MPa aos 180 dias, com 63 kg/m 3 de cimento e 21 kg/m 3 de pozolana; - Itaipu: idades de controle de 90 a 360 dias, de 10 MPa (90 kg/m 3 de cimento) a 21 MPa. CONDICIONANTES

26 26 Concreto massa – Ilha Solteira

27 27 Resistências baixas com objetivo de reduzir o consumo de cimento, para: minimizar as tensões de origem térmica, reduzir reações álcalis/agregados e redu- zir custos. Outros condicionantes: variações am- bientais, alturas de camadas, velocidades de lançamento, temperaturas de lança- mento, espaçamento de juntas de contração entre blocos da barragem. CONDICIONANTES

28 28 Reação álcalis-agregado (RAA): é um processo químico onde constituintes mineralógicos do agregado reagem com hidróxidos alcalinos (provenientes do cimento, água, agregados, pozolanas, etc.) que estão dissolvidos na solução dos poros do concreto. Como produto da reação forma-se um gel higroscópico expansivo. A manifestação da reação álcalis- agregado pode se dar de várias formas, desde expansões, movimentações diferenciais nas estruturas e fissurações até pipocamentos.

29 29 Reação álcalis-agregado

30 30 Reação álcalis-agregado

31 31 Todos tipos podem ser utilizados em concretos massa. Preferência pelos cimentos de baixo calor de hidratação (CP IV - Pozolânico) ou de escória de alto forno (CP III – Alto forno). É comum substituição de parte do cimento por pozolana. MATERIAIS - Cimentos

32 32 CP III – Alto forno (com escória): Apresenta maior impermeabilidade e durabilidade, além de baixo calor de hidratação, assim como alta resistência à expansão devido à reação álcali- agregado, além de ser resistente a sulfatos. É um cimento que pode ter aplicação geral em... mas é particularmente vantajoso em obras de concreto- massa, tais como barragens, peças de grandes dimensões, fundações de máquinas, pilares, obras em ambientes agressivos, tubos e canaletas para condução de líquidos agressivos, esgotos e efluentes industriais, concretos com agregados reativos, pilares de pontes ou obras submersas, pavimentação de estradas e pistas de aeroportos.

33 33 reforma/34/artigo asp CP III – Alto forno A adição de escória de alto-forno confere maior impermeabilidade e durabilidade ao concreto, além de reduzir o calor de reação e proporcionar maior resistência química ao produto. É particularmente vantajoso em obras de barragens, peças de grandes dimensões, fundações de máquinas, pilares, obras em ambientes agressivos, tubos e canaletas para condução de líquidos agressivos, esgotos e efluentes industriais.

34 34 CP IV – Pozolânico: Para obras correntes, sob a forma de argamassa, concreto simples, armado e protendido, elementos pré-moldados e artefatos de cimento. É especialmente indicado em obras expostas à ação de água corrente e ambientes agressivos. O concreto feito com este produto se torna mais impermeável, mais durável, apresentando resistência mecânica à compressão superior à do concreto feito com Cimento Portland Comum, a idades avançadas. Apresenta características particulares que favorecem sua aplicação em casos de grande volume de concreto devido ao baixo calor de hidratação.

35 35 CP IV – Pozolânico Com adição de pozolanas (cinzas volantes), é indicado para argamassas, concretos simples, armado e protendido, elementos pré-moldados e artefatos de cimento, além de obras expostas à ação de água e ambientes agressivos. Em casos de grande volume de concreto também oferece baixo calor de reação. reforma/34/artigo asp

36 36 Pode atingir 90 % do volume total do concreto massa. MATERIAIS - Agregados Agregados para concreto massa convencional Vantajosa a adoção de faixas granulomé- tricas diferentes das indicadas na NBR 7211/05 ( Agregado para concreto – Especificação). Utilização de agregados com d máx de até 152 mm.

37 37 Mistura de 19, 38, 76 e 152 mm. Vantagens econômicas: 25, 50 e 100 mm. Motivo: economia de cimento devido à diminuição de vazios para uma distribui- ção granulométrica adequada. Agregados graúdos: devem possuir mas- sa específica adequada (2,65 t/m 3 em média) e baixa absorção. MATERIAIS – Agregados para concreto massa convencional

38 38 Agregados miúdos: composições granu- lométricas visando melhores característi- cas dos concretos com menor consumo de cimento. Em barragens, utilização de misturas dos agregados naturais e de britagem (das rochas escavadas). MATERIAIS – Agregados para concreto massa convencional

39 39 Cuidados especiais com a reação álcali- agregado (RAA). Todos os agregados são reativos, até que se prove o contrário. Uso de materiais pozolânicos (pozolanas, sílica ativa) podem neutralizar a reação. MATERIAIS - Agregados para concreto massa convencional

40 40 Agregados que não atendem especifica- ções podem ser aplicados com sucesso. Utilização de materiais próximos à obra. D máx = 38, 50 mm. No caso de barragens de gravidade, busca-se a máxima massa específica, com o menor volume de vazios possível. MATERIAIS – Agregados para CCR

41 41 Utilização de finos para preencher vazios, reduzir permeabilidade, aumentar coesão, e melhorar concreto endurecido. Exemplos: material pulverulento, mate- rial pulverizado artificialmente, materiais pozolânicos, escória alto-forno moída, silte. MATERIAIS - Agregados para CCR

42 42 Pozolana: Pozolanas são substâncias naturais ou artificiais de composição essencialmente silicosa ou sílico-aluminosa que, por si sós, não possuem atividade hidráulica, mas quando finamente moídas reagem com o hidróxido de cálcio na presença de umidade e à temperatura ambiente para formar compostos com propriedades ligantes (NBR /1992).

43 43 Escória de alto-forno: Resíduo não metálico da produção de ferro gusa. Quando resfriada bruscamente (granulada) possui propriedades aglomerantes.

44 44 A escória líquida é transportada para os granuladores, que são equipamentos onde ela é resfriada bruscamente por meio de jatos de água sob alta pressão. Não havendo tempo suficiente para formação de cristais, essa escória se granula "vitrificando" e recebe o nome de Escória Granulada de Alto-Forno.

45 45 A Escória Granulada de Alto-Forno apresenta-se, macroscopicamente, com um aspecto de uma areia grossa, porosa, de fratura vítrea observada com lupa, com um tamanho máximo do grão, de 5 mm, cor branca amarelada e marrom. A escória bem granulada é essencialmente amorfa. A característica mais importante da Escória Granulada de Alto-Forno é sua capacidade hidráulica potencial, que permite que, quando moída e em contato com a água, ela endureça (propriedade cimentante), podendo substituir o clínquer, material utilizado tradicionalmente na fabricação de cimentos compostos.

46 46 Materiais pozolânicos: cinza volante, pozolanas artificiais (argila calcinada moída), escória alto-forno moída, meta- caulim, sílica ativa. Cinza volante: material finamente particulado proveniente da queima de carvão pulverizado em usinas termoelé- tricas, com o objetivo de gerar energia. MATERIAIS - Adições

47 47 Cinza volante:

48 48 Cinzas volantes: Itaipu (10 a 22 %), Itumbiara (15 a 30 %). Utilização de cimentos pozolânicos eliminou aplicação desses materiais na betoneira. MATERIAIS - Adições

49 49 Concreto massa: incorporadores de ar, redutores de água e retardadores de pega. Para: garantir boa trabalhabilidade, reduzir quantidade de água e cimento. CCR: retardador de pega, para camada inferior receber camada superior, visan- do garantir aderência entre ambas. MATERIAIS - Aditivos

50 50 Controle eficiente das dosagens. Existência de silos, balanças, etc. Pode ser fornecido por empresas ou pela central instalada no canteiro de obras. Dimensionar o número de betoneiras em função do tempo de mistura, carga, descarga e cronograma construtivo. PRODUÇÃO, TRANSPORTE E LANÇAMENTO Concreto Massa Convencional

51 51 A betoneira é função do concreto, principalmente d máx do agregado. Tempo máximo de transporte: 45 min, para não ocorrer perda de trabalhabi- lidade. Tipos: caçambas, caminhões, monovias, etc. PRODUÇÃO, TRANSPORTE E LANÇAMENTO Concreto Massa Convencional

52 52 A capacidade de produção e transporte limita a execução. Sem aditivo retardador de pega: lança- mento em 15 min, espalhamento em 15 min, compactação em 15 min. Existem equipamentos para produzir, transportar e lançar mais de 500 m 3 /h. PRODUÇÃO, TRANSPORTE E LANÇAMENTOCCR

53 53 Concreto massa convencional: uso de vibradores de imersão, com diâmetro variável de 90 mm a 150 mm. Visa assegurar melhor qualidade e estanquei- dade do concreto. Deve costurar as camadas. CCR: sucessivas passagens de rolo vibratório. Depende da altura da camada e da consistência do concreto. Neces- sário fazer ensaios prévios reais para definir número de passadas (vibratório ou estático). ADENSAMENTO

54 54 É fundamental para se atingir a qualidade esperada para o concreto. Alta área de contato com ar favorece evaporação e retração por secagem, podendo prejudicar a aderência entre camadas sucessivas. Aplicar água para a cura (diversas formas possíveis). Iniciar com o concreto rijo, máximo de dias possíveis (21 dias). CURA

55 55 Sistemas para concreto massa: pré- resfriamento e pós-resfriamento. Pré-resfriamento: refrigeração dos agre- gados graúdos, água gelada e escamas de gelo. Estudos de tensões de origem térmica para definir nível de refrigeração. Níveis diferentes nas barragens brasileiras. REFRIGERAÇÃO DO CONCRETO

56 56 Para concreto massa com 7 graus: refrigerar agregados graúdos, uso de gelo em escamas e água gelada. Sem agregados refrigerados: 16, 18 graus. Ajuda evitar fissuras devido à temperatu- ra, e possibilita a redução do cimento: 0,3 % para cada grau. CCR não se faz refrigeração devido baixo consumo de cimento (80 kg/m 3 ). REFRIGERAÇÃO DO CONCRETO

57 57 Camadas de concreto massa: juntas de concretagem. Devem ser tratadas para garantir imper- meabilidade e aderência. Remoção criteriosa da película de exsudação é fundamental. Para concretos não refrigerados camadas com 1 m espessura máxima, e 2,5 m para refrigerados, com subcamadas de 50 cm (para possibilitar penetr. agulha). CAMADAS DE CONCRETAGEM

58 58 Intervalos de lançamento variável de 5 a 15 dias. Tratamento das juntas: jato de água com alta pressão (40 MPa), corte verde – jateamento com água a baixa pressão (7 MPa) na superfície após o fim da pega. Argamassa de ligação só quando nada for feito. CAMADAS DE CONCRETAGEM

59 59 CCR CCR: poderia ter camadas contínuas, sem interrupções. No Brasil, camadas de 30 cm até atingir 2 a 2,5 m (altura da fôrma). Novas camadas após 3 a 7 dias. Ênfase na limpeza e preparação das juntas (ponto fraco da estrutura). Comum lançamento de argamassa com 2 cm de espessura; pode também camada de concreto (concreto de berço) ou calda de cimento. CAMADAS DE CONCRETAGEM

60 60 As barragens de concreto são separadas em blocos por juntas de contração. Visa controlar as alterações dimensionais causadas pelas variações térmicas dos concretos (restringidas pela aderência da estrutura às fundações). Dimensões dos blocos entre 15 e 40 m, sendo 20 e 30 m a maioria, tanto para concreto massa convencional quanto CCR. JUNTAS DE CONTRAÇÃO

61 61 Juntas de contração: uso de plástico (no CCR), madeira, própria fôrma (delimita os blocos de CMC). JUNTAS DE CONTRAÇÃO

62 62 É fundamental devido aos grandes volumes de concreto lançados (2.000 a m 3 /dia). Verificações rotineiras seguindo padrões pré-estabelecidos para cada obra. Todas as fases, desde os materiais até o acabamento do concreto massa. CONTROLE DE QUALIDADE

63 63 OBRAS EMBLEMÁTICAS Usina de Ilha Solteira Usina de Itaipu Usina de Tucuruí Barragem Saco de Nova Olinda Barragem do Jordão Usina de Lajeado


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