Estudo do desempenho de quatro tipos de materiais para reparo a

Transcrição

ALINE CHRISTIANE MORALES KORMANN
ESTUDO DO DESEMPENHO DE QUATRO TIPOS DE MATERIAIS
PARA REPARO A SEREM UTILIZADOS EM SUPERFÍCIES
ERODIDAS DE CONCRETO DE BARRAGENS
Dissertação apresentada como requisito
parcial à obtenção do grau de Mestre em
Engenharia Ci vil, Programa de PósGraduação em Construção Civil, Setor
de Tecnologia, Universidade Federal do
Paraná.
Orientador: Prof. Dr. Kleber Franke
Portella
CURITIBA
2002
i
TERMO DE APROVAÇÃO
ALINE CHRISTIANE MORALES KORMANN
ESTUDO DO DESEMPENHO DE QUATRO TIPOS DE MATERIAIS PARA
REPARO A SEREM UTILIZADOS EM SUPERFÍCIES ERODIDAS DE
CONCRETO DE BARRAGENS
Dissertação aprovada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre no
Programa de Pós-Graduação em Construção Civil da Universidade Federal do
Paraná, pela comissão formada pelos professores:
_____________________________________
Orientador: Prof.° Dr. Kleber Franke Portella
LACTEC, UFPR
_____________________________________
Prof.° Dr. Mauro Lacerda Santos Filho
Setor de Tecnologia, UFPR
_____________________________________
Prof.° Dr. Almir Sales
Departamento de Engenharia Civil, UFSCar
Curitiba, 30 de julho de 2002
ii
Aos meus Pais
Ao meu presente e futuro
iii
AGRADECIMENTOS
Agradeço, sobretudo a Deus, pela energia, saúde e proteção que sempre me
concedeu, pela integridade mantida por todo período de estudos e realização dos
trabalhos, e por ser presença constante, principalmente nos momentos mais difíceis.
Aos meus Pais, Judi e Rosendo, por serem meus queridos pais, pela
educação, carinho e apoio em todas as etapas da minha vida, e por terem contribuído
indiretamente à produção científica do país.
Aos meus irmãos exemplares, Adrian pelo carinho, apoio e hardware de
última tecnologia como presente para a conclusão dos meus trabalhos e, Alessander
pelo apoio e incentivo.
Ao meu orientador, Dr. Kleber Franke Portella, por compartilhar seus
conhecimentos, por todo o coleguismo e apoio durante a realização desta e de outras
pesquisas, companheirismo durante as viagens, e por colocar minha paciência à prova
na cobrança de que tudo pode ser realizado "rapidinho".
Ao LACTEC, representado pelos Eng.os Ruy Dikran Steffen e Paulo Roberto
Chamecki, pela credibilidade, confiança depositada em meu trabalho, apoio constante
em minhas diversas atividades, disponibilidade da infra-estrutura dos laboratórios,
liberação dos recursos financeiros, pelo auxílio da bolsa de estudos, e em especial ao
Ruy, pela amizade nos bate-papos corriqueiros e companheirismo em nossas diversas
atividades sociais.
Ao Prof. Dr. Mauro Lacerda Santos Filho, pela idealização do curso de PósGraduação e pela idéia inicial do estudo de recuperação de barragens.
Ao Prof. MSc. José Marques Filho, pela colaboração na apresentação da
proposta para o ingresso ao PPGCC, além das sugestões proferidas em suas aulas.
Ao colega Eng. José Ricardo Nogueira, por ter acreditado na minha
capacidade de trabalho e por me vincular a um projeto tão rico de estudos e ensaios.
À Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL.
iv
À concessionária Duke Energy International – Geração Paranapanema, pela
parceria no projeto, apoio durante a pesquisa e nos serviços realizados em campo.
Pelas doações dos fornecedores e fabricantes de materiais para reparos,
adições e aditivos: Belgo-Mineira, Cimento Cauê, Fosroc, MBT e Ranex.
À equipe do laboratório de Furnas Centrais Elétricas - Goiânia, pelas
discussões técnicas e apoio recebido no início dos estudos de concretagem submersa.
Ao Prof. Dr. Vladimir Paulon, pela consultoria na finalização do projeto e
parecer técnico.
Às minhas colegas, amigas e Engenheiras Patrícia e Roberta, pela amizade,
carinho, por me acompanharem durante todo o período de desenvolvimento da
dissertação com comentários, incentivos e palavras confortantes, as quais só podem ser
proferidas por quem já passou por tal experiência.
Ao técnico Eustáquio Ferreira, auxiliares do Pesados e estagiários do
"LAME", pelo auxílio nos ensaios e dosagens, principalmente àquela realizada em
uma sexta-feira, pontualmente às 17 horas, pelo carinho, amizade, momentos de
descontração e companhia em nossas atividades sociais.
Ao futuro Engenheiro e colega Magno Miquilussi, pela amizade,
companheirismo e responsabilidade na realização dos diversos ensaios, sobretudo nos
ensaios de módulo.
E um agradecimento muito especial ao técnico João Luiz Alves, pessoa
ilustre e inteligente, de imensa capacidade de trabalho, pelo companheirismo nas
diversas atividades de laboratório, de campo e principalmente, no ensaio de
concretagem submersa, nas viagens, no dia-a-dia, pelo seu carinho exclusivo e por ter
sido o diferencial na realização dos meus trabalhos.
"Não existe uma fórmula para o sucesso. Mas, para o fracasso, há uma
infalível: tentar agradar a todo mundo". (Herbert Swope)
v
Água mole em pedra dura,
tanto bate até que fura...
vi
SUMÁRIO
LISTA DE QUADROS E TABELAS ................................................................................................................................xi
LISTA DE FIGURAS ..........................................................................................................................................................xii
LISTA DE SIGLAS, ABREVIATURAS E SÍMBOLOS ..........................................................................................xiv
RESUMO ...............................................................................................................................................................................xvi
ABSTRACT......................................................................................................................................................................... xvii
1 INTRODUÇÃO................................................................................................................................................................. 1
1.1 ESTRUTURA DA PESQUISA....................................................................................................................................2
1.2 CARACTERÍSTICAS DA PESQUISA .....................................................................................................................2
1.2.1 Escolha do Tema e Objetivo da Dissertação..........................................................................................................3
1.2.2 Trabalhos Publicados Resultantes da Pesquisa Realizada ...................................................................................4
1.3 IMPORTÂNCIA DA PESQUISA ...............................................................................................................................6
2 MECANISMOS DE DESGASTE SUPERFICIAL EM SUPERFÍCIES HIDRÁULICAS DE
CONCRETO, OCORRÊNCIAS NA UHE CAPIVARA, OUTROS EXEMPLOS E
ALTERNATIVAS PARA REPARO ........................................................................................................................... 8
2.1
MECANISMOS DE DESGASTE SUPERFICIAL EM ESTRUTURAS HIDRÁULICAS DE
CONCRETO....................................................................................................................................................................9
2.1.1 Principais Desgastes Superficiais do Concreto....................................................................................................10
2.1.2 Abrasão e Erosão.......................................................................................................................................................12
2.1.2.1 Definições e uso dos termos.................................................................................................................................12
2.1.2.2 Ocorrência da abrasão em Estruturas Hidráulicas de Concreto - EHC .........................................................12
2.1.2.3 Fatores influentes no processo de abrasão.........................................................................................................13
2.1.2.4 Simulação laboratorial da abrasão.......................................................................................................................14
2.1.2.5 Medidas de proteção contra a ocorrência da abrasão.......................................................................................15
2.1.2.5.1 Materiais ...............................................................................................................................................................15
2.1.3 Cavitação ....................................................................................................................................................................17
2.1.3.1 Tipos de cavitação..................................................................................................................................................19
2.1.3.2 O mecanismo da cavitação em superfícies hidráulicas de concreto..............................................................19
2.1.3.2.1 Parâmetros característicos.................................................................................................................................21
2.1.3.2.2 Cavitação por irregularidades na superfície ...................................................................................................22
2.1.3.2.3 Blocos dissipadores ............................................................................................................................................23
2.1.3.3 Medidas de proteção contra a ocorrência da cavitação....................................................................................24
2.1.3.3.1 Materiais ...............................................................................................................................................................25
2.1.3.3.2 Aeração do fluxo d'água ....................................................................................................................................30
2.1.4 Erosão Química .........................................................................................................................................................30
2.1.4.1 Ocorrência de ataques químicos erosivos em EHC..........................................................................................30
2.1.4.2 Fatores influentes no processo de erosão química ............................................................................................33
2.1.4.3 Medidas de proteção contra a erosão química...................................................................................................36
2.1.5 Prevenção dos Diversos Desgastes e Manutenção das Estruturas....................................................................37
2.1.5.1 Estruturas Hidráulicas de Concreto - EHC ........................................................................................................39
2.1.5.2 Processo de seleção do material de reparo conforme o Manual ACI INTERNATIONAL (1999)7 ........40
2.2 UHE CAPIVARA .........................................................................................................................................................44
2.2.1 Dados Técnicos da UHE Capivara .........................................................................................................................44
2.2.2 Breve Histórico da Construção e dos Materiais Utilizados na UHE Capivara ...............................................46
2.2.3 Concepção Estrutural da UHE Capivara ...............................................................................................................47
2.2.4 Reparos Executados na UHE Capivara .................................................................................................................51
2.2.4.1 Reparos no concreto do rápido do vertedor da UHE Capivara - TTN/002/82 (1982)18 , LEC-CM18/84 (1984)19 e LEC-105/97 (1997)20 ...............................................................................................................51
2.2.4.2 Considerações sobre os serviços de reparos realizados no rápido do vertedor da UHE Capivara ...........55
2.2.5 Inspeção Técnica Preliminar no Início desta Pesquisa.......................................................................................56
2.3 OUTRAS OCORRÊNCIAS DE ABRASÃO..........................................................................................................59
2.3.1 Barragens Brasileiras ................................................................................................................................................59
vii
2.3.1.1 UHE Porto Primavera ............................................................................................................................................59
2.3.1.1.1 Reparos executados na UHE Porto Primavera ...............................................................................................61
2.3.1.1.2 Argamassa com sílica ativa utilizada como alternativa de reparo ..............................................................62
2.3.1.2 Experiências de FURNAS Centrais Elétricas S. A...........................................................................................64
2.3.1.3 UHE Estreito ...........................................................................................................................................................64
2.3.1.4 UHE de Furnas........................................................................................................................................................65
2.3.1.5 UHE de Marimbondo.............................................................................................................................................67
2.3.1.6 UHE Chapéu D'Uvas .............................................................................................................................................68
2.3.1.7 UHE de Porto Colômbia .......................................................................................................................................69
2.3.1.7.1 Mudança do perfil hidráulico............................................................................................................................70
2.3.1.7.2 Recuperação da laje do vertedor......................................................................................................................72
2.3.1.8 UHE Lajeado...........................................................................................................................................................73
2.3.1.9 UHE Camargos.......................................................................................................................................................74
2.3.2 Barragens Situadas nos Estados Unidos................................................................................................................75
2.3.2.1 Barragem Old River...............................................................................................................................................76
2.3.2.2 Barragem Pomona ..................................................................................................................................................76
2.3.2.3 Barragem Enid ........................................................................................................................................................77
2.3.2.4 Barragem Webbers Falls .......................................................................................................................................78
2.3.2.5 Barragem Kinzua....................................................................................................................................................79
2.3.2.6 Comentários gerais .................................................................................................................................................80
2.4 MATERIAIS DE REPARO - MRS...........................................................................................................................81
2.4.1 Argamassa com Sílica Ativa ...................................................................................................................................81
2.4.1.1 Sílica ativa ...............................................................................................................................................................81
2.4.1.2 Definição e características ....................................................................................................................................82
2.4.1.2.1 Atividade da sílica ativa em materiais cimentíceos......................................................................................84
2.4.1.3 A influência da sílica ativa na resistência à compressão de argamassas e em pastas de cimento ............85
2.4.1.4 Resistência à abrasão por substituição dos agregados miúdos por teores equivalentes de sílica
ativa...........................................................................................................................................................................86
2.4.1.5 Estudos de desempenho de argamassas e concretos com sílica ativa............................................................86
2.4.1.6 Estudo das propriedades de ruptura do concreto de alta resistência, com variações nas
quantidades de sílica ativa e agregados..............................................................................................................89
2.4.2 Materiais Poliméricos...............................................................................................................................................92
2.4.2.1 Concreto/argamassa impregnados de polímero .................................................................................................92
2.4.2.2 Concreto/argamassa modificados com polímero ..............................................................................................92
2.4.2.3 Concreto/argamassa poliméricos.........................................................................................................................94
2.4.2.3.1 Uso de materiais de reparo de origem polimérica.........................................................................................95
2.4.2.4 Seleção de materiais ...............................................................................................................................................96
2.4.2.4.1 Coeficiente de expansão térmica......................................................................................................................96
2.4.2.4.2 Retração................................................................................................................................................................97
2.4.2.4.3 Permeabilidade....................................................................................................................................................97
2.4.2.5 Avaliação de desempenho de materiais de reparo poliméricos......................................................................97
2.4.2.6 Dosagem e cura .......................................................................................................................................................98
2.4.2.6.1 Desempenho dos sistemas.................................................................................................................................99
2.4.2.7 Aderência e tensão de ruptura do concreto polimérico................................................................................. 104
2.4.2.7.1 Dosagens e moldagem dos CPs ..................................................................................................................... 104
2.4.2.8 Resina epóxi ......................................................................................................................................................... 105
2.4.2.8.1 Resistência mecânica e estabilidade química.............................................................................................. 106
2.4.3 Concreto com Fibras.............................................................................................................................................. 107
2.4.3.1 Concreto reforçado com fibras orgânicas, metálicas e minerais ................................................................. 107
2.4.3.1.1 Fibras minerais ................................................................................................................................................. 107
2.4.3.1.2 Fibras orgânicas ............................................................................................................................................... 108
2.4.3.1.3 Fibras metálicas................................................................................................................................................ 109
2.4.3.2 Concreto reforçado com fibras de aço - CRFA .............................................................................................. 109
2.4.3.2.1 Comportamento à tração na flexão dos CRFAs ......................................................................................... 110
2.4.3.2.2 Características da tenacidade dos CRFAs ................................................................................................... 110
2.4.3.2.3 Influência do tamanho dos agregados nos CRFAs .................................................................................... 112
2.4.3.2.4 Variação nas resistências mecânicas de concretos comuns e de alto desempenho com a adição
de fibras de aço................................................................................................................................................. 114
viii
2.4.3.3
Comparação de desempenho entre concretos com fibras de aço, impregnado com polímero e
convencional......................................................................................................................................................... 117
3 MATERIAIS E MÉTODOS ......................................................................................................................................119
3.1 MATERIAIS .............................................................................................................................................................. 120
3.1.1 Cimento.................................................................................................................................................................... 121
3.1.2 Agregados................................................................................................................................................................ 122
3.1.2.1 Agregado miúdo - areia natural......................................................................................................................... 122
3.1.2.2 Agregado graúdo - brita 1.................................................................................................................................. 123
3.1.3 Sílica Ativa.............................................................................................................................................................. 123
3.1.4 Materiais Poliméricos............................................................................................................................................ 123
3.1.4.1 Argamassa Epoxídica ......................................................................................................................................... 124
3.1.4.2 Argamassa Polimérica ........................................................................................................................................ 124
3.1.5 Fibras de Aço.......................................................................................................................................................... 124
3.2 MÉTODOS ................................................................................................................................................................. 125
3.2.1 Dosagens.................................................................................................................................................................. 125
3.2.1.1 Dosagens do concreto-referência - CR ............................................................................................................ 128
3.2.1.2 Dosagens da argamassa com sílica ativa – SA ............................................................................................... 128
3.2.1.3 Dosagens da argamassa epoxídica – A E ......................................................................................................... 129
3.2.1.4 Dosagens da argamassa polimérica – AP ........................................................................................................ 130
3.2.1.5 Dosagens do concreto com fibras de aço – FA .............................................................................................. 130
3.2.2 Moldagem dos CPs ................................................................................................................................................ 131
3.2.2.1 CPs para ensaio de abrasão pelo método submerso e de resistência de aderência à tração.................... 131
3.2.2.1.1 Sistema CR|SA ................................................................................................................................................. 132
3.2.2.1.2 Sistema CR|AE................................................................................................................................................. 133
3.2.2.1.3 Sistema CR|AP................................................................................................................................................. 133
3.2.2.1.4 Sistema CR|FA ................................................................................................................................................. 134
3.2.2.2 CPs para resistência à compressão axial simples, módulo de deformação estática e
permeabilidade..................................................................................................................................................... 134
3.2.2.3 CPs para resistência à tração por flexão e envelhecimento acelerado........................................................ 135
3.2.3 Ensaio de Resistência à Abrasão pelo Método Submerso............................................................................... 137
3.2.4 Ensaio de Resistência de Aderência dos Sistemas CR|MRs ........................................................................... 139
3.2.5 Ensaio de Resistência à Compressão Axial Simples........................................................................................ 140
3.2.6 Resistência à Tração na Flexão............................................................................................................................ 141
3.2.6.1 CPs dos materiais de reparo ............................................................................................................................... 141
3.2.6.2 CPs submetidos a envelhecimento acelerado ................................................................................................. 142
3.2.7 Ensaio de Envelhecimento Acelerado Sob Radiação UV e Intemperismo .................................................. 143
3.2.8 Módulo de Deformação Estática Tangente Inicial ........................................................................................... 144
3.2.9 Coeficiente de Permeabilidade ............................................................................................................................ 145
3.2.10 Difratometria de Raios X - DRX ......................................................................................................................... 146
3.2.11 Microscopia Eletrônica de Varredura – MEV, com Microssonda Analítica de Raios X – EDS.............. 146
3.2.12 Análise Termodiferencial DTA, Análise Termogravimétrica TGA e Análise Dilatométrica DIL.......... 146
3.2.13 Análise Granulométrica ........................................................................................................................................ 147
3.2.14 Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier - FTIR..................................................... 147
3.2.15 Análise Metalográfica ........................................................................................................................................... 147
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ...............................................................................................................................148
4.1 RESULTADOS DA CARACT ERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DOS MATERIAIS................................. 149
4.1.1 Cimento CP II-Z 32 ............................................................................................................................................... 149
4.1.2 Agregados................................................................................................................................................................ 152
4.1.2.1 Agregado miúdo – areia natural........................................................................................................................ 152
4.1.2.2 Agregado graúdo - brita 1.................................................................................................................................. 153
4.1.3 Sílica Ativa.............................................................................................................................................................. 154
4.1.3.1 Análise granulométrica....................................................................................................................................... 155
4.1.4 Fibras de Aço.......................................................................................................................................................... 156
4.1.5 Materiais Poliméricos............................................................................................................................................ 157
4.1.5.1 Argamassa Epoxídica - A E................................................................................................................................ 157
4.1.5.2 Argamassa Polimérica - AP............................................................................................................................... 159
4.2 RESULTADOS DOS ENSAIOS MECÂNICOS................................................................................................. 160
ix
4.2.1
4.2.2
4.2.3
4.2.4
4.2.4.1
4.2.4.2
4.2.5
4.2.6
4.2.7
4.2.8
Resistência à Abrasão............................................................................................................................................ 160
Resistência de Aderência à Tração...................................................................................................................... 168
Resistência à Compressão Axial Simples .......................................................................................................... 171
Resistência à Tração na Flexão............................................................................................................................ 173
Materiais para reparo .......................................................................................................................................... 173
Resistência à tração na flexão de CPs dos sistemas CR|MR - Envelhecimento Acelerado.................... 174
Módulo de Deformação Estática Tangente Inicial ........................................................................................... 178
Coeficiente de Permeabilidade ............................................................................................................................ 178
Análise Dilatométrica - DIL................................................................................................................................. 179
Análise Geral e Teórica dos MRs ........................................................................................................................ 180
5 CONCLUSÕES .............................................................................................................................................................182
5.1
5.2
QUADRO-RESUMO DE AVA LIAÇÃO DOS QUATRO TIPOS DE MATERIAIS DE REPARO ........ 185
SUGESTÕES PARA PRÓXIMOS TRABALHOS............................................................................................. 186
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..........................................................................................................................188
x
LISTA DE QUADROS E TABELAS
QUADRO 1 - CONDIÇÕES DE SERVIÇOS E PROPRIEDADES ESTRUTURAIS DESEJADAS PELOS
MATERIAIS DE REPARO (ACI INTERNATIONAL, 1999)7 .......................................................................41
QUADRO 2 - CONDIÇÕES DE SERVIÇOS E EXPOSIÇÃO AO MEIO (ACI INTERNATIONAL, 1999)7......................42
QUADRO 3 - CONDIÇÕES DE SERVIÇOS: CARGAS DINÂMICAS (ACI INTERNATIONAL, 1999)7.........................43
TABELA 1 - CARACTERÍSTICAS DA UHE CAPIVARA - 1978......................................................................................46
TABELA 2 - RESISTÊNCIAS À COMPRESSÃO AXIAL DAS ARGAMASSAS DOSADAS EM CAMPO 15................56
TABELA 3 - CARACTERÍSTICAS DO CONCRETO UTILIZADO COMO REPARO NA UHE PORTO
PRIMAVERA 22 ................................................................................................................................................61
TABELA 4 - CARACTERÍSTICAS DA ARGAMASSA EPOXÍDICA UTILIZADA NA RECUPERA ÇÃO DA
UHE PORTO PRIMAVERA 22.........................................................................................................................62
TABELA 5 - TRAÇO-BASE DA ARGAMASSA COM SÍLICA ATIVA EM PESO 21.......................................................63
TABELA 6 - TRAÇOS-BASE DAS ARGA MASSAS – UHE DE FURNAS 24....................................................................66
TABELA 7 - RESISTÊNCIAS À COMPRESSÃO AXIAL DA ARGAMASSA – UHE DE FURNAS 24...........................66
TABELA 8 - RESISTÊNCIAS DA ARGAMASSA – UHE DE FURNAS 24........................................................................67
TABELA 9 - TRAÇOS-BASE DAS ARGA MASSAS – UHE DE MARIMBONDO 24 .......................................................68
TABELA 10 - RESISTÊNCIAS À COMPRESSÃO AXIAL DA ARGAMASSA – UHE DE MARIMBONDO 24 ..............68
TABELA 11 - TRAÇO-BASE DA ARGAMASSA – UHE CHAPÉU D'UVAS 24 .................................................................69
TABELA 12 - RESISTÊNCIAS À COMPRESSÃO AXIAL DA ARGAMASSA PROJETADA – UHE CHAPÉU
D'UVAS 24 .........................................................................................................................................................69
TABELA 13 - TRAÇO-BASE DO CONCRETO – UHE PORTO COLÔM BIA 27.................................................................71
TABELA 14 - RESISTÊNCIAS À COMPRESSÃO AXIAL DO CONCRETO – UHE PORT O COLÔMBIA 27.................72
TABELA 15 - TRAÇO-BASE DA ARGAMASSA – UHE DE PORTO COLÔMBIA 24.......................................................73
TABELA 16 - RESISTÊNCIAS À COMPRESSÃO AXIAL DA ARGAMASSA – UHE DE PORTO COLÔMBIA 24 .......73
TABELA 17 - VALORES LIMITES DA COMPOSIÇÃO DA SÍLICA ATIVA PELA NORMA ASTM C1240/9732...........82
TABELA 18 - RESISTÊNCIAS À COMPRESSÃO AXIAL DOS CADS UTILIZANDO-SE SÍLICA LÍQUIDA 34 ...........87
TABELA 19 - TRAÇOS DOS CONCRETOS UTILIZADOS E RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO AXIAL 42...................89
TABELA 20 - RESISTÊNCIA DE ADERÊNCIA DOS MATERIAIS DE REPARO 46.......................................................100
TABELA 21 - PROPRIEDADES MECÂNICAS E QUÍMICAS DA RESINA EPÓXI 7......................................................106
TABELA 22 - RESISTÊNCIAS MECÂNICA À TRAÇÃO DOS COMPÓSITOS COM BRITAS 1 E 2 53 ........................113
TABELA 23 - CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DOS TRAÇOS USADOS NOS CONCRETOS 56...................................117
TABELA 24 - MATERIAIS UTILIZADOS NO PREPARO DOS CONCRETOS E ARGAMASSAS................................120
TABELA 25 - NORMAS UTILIZADAS PA RA AS ANÁLISES QUÍMICAS DO CIMENTO CP II-Z 32 ........................121
TABELA 26 - NORMAS UTILIZADAS PA RA AS ANÁLISES FÍSICAS DO CIMENTO CP II-Z 32 .............................122
TABELA 27 - NORMAS UTILIZADAS PARA CARACTERIZA ÇÃO DA AREIA NATURAL......................................122
TABELA 28 - NORMAS UTILIZADAS PA RA CARACTERIZAÇÃO DA BRITA 1........................................................123
TABELA 29 - NORMAS UTILIZADAS PARA CARACTERIZAÇÃO DA SÍLICA ATIVA ............................................123
TABELA 30 - TABELA -RESUMO DAS DOSAGENS REALIZADAS PA RA OS CRS E MRS.......................................127
TABELA 31 - TRAÇO-BASE (426-B1-H) DA UHE CAPIVARA 17....................................................................................128
TABELA 32 - COMPOSIÇÃO QUÍMICA M ÉDIA DO CIMENTO CP II-Z 32 ..................................................................149
TABELA 33 - RESULTADOS DA ANÁLISE FÍSICA DO CIMENTO CP II – Z 32..........................................................150
TABELA 34 - RESULTADOS DOS ENSAIOS DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DO CIMENTO CP II – Z 32 .....150
TABELA 35 - ANÁLISE FÍSICO-QUÍMICA DOS AGREGADOS MIÚDOS.....................................................................153
TABELA 36 - ANÁLISE FÍSICA DOS A GREGADOS GRAÚDOS - BRITA 1 .................................................................154
TABELA 37 - COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA SÍLICA ATIVA, EM CONJUNTO COM DADOS DO
FABRICANTE E ESPECIFICAÇÃO DA NORMA NBR 13957/9781 ..........................................................155
TABELA 38 - PERDA DE MASSA MEDIDA PELO ENSAIO DE RESISTÊNCIA À ABRASÃO...................................160
TABELA 39 - TENSÕES MÉDIAS DE RESISTÊNCIA DE ADERÊNCIA À TRAÇÃO...................................................168
TABELA 40 - TENSÕES MÉDIAS DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO DIRETA..................................................................170
TABELA 41 - RESULTADOS DOS ENSAIOS DE RC – CR, SA E A E..............................................................................172
TABELA 42 - RESULTADOS DOS ENSAIOS DE RC – AP E FA .....................................................................................173
TABELA 43 - VALORES MÉDIOS DAS RESISTÊNCIAS À TRAÇÃO NA FLEXÃO....................................................173
TABELA 44 - RESISTÊNCIAS DE TRAÇÃO NA FLEXÃO –ENVELHECIMENTO ACELERADO – SA E AE...........175
TABELA 45 - RESISTÊNCIAS DE TRAÇÃO NA FLEXÃO –ENVELHECIMENTO ACELERADO – AP E FA...........175
TABELA 46 - MÓDULOS DE DEFORMAÇÃO MÉDIOS DO CR, SA E AE....................................................................178
TABELA 47 - MÓDULOS DE DEFORMAÇÃO MÉDIOS DA AP E FA............................................................................178
TABELA 48 - COEFICIENTES DE PERM EABILIDADE DOS MATERIAIS DE BASE CIMENTÍCEA ........................178
QUADRO 4 - RESUMO DE DESEMPENHO DOS MATERIAIS E SISTEMAS DE REPARO ESTUDADOS ...............186
xi
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 FIGURA 2 FIGURA 3 FIGURA 4 FIGURA 5 FIGURA 6 FIGURA 7 FIGURA 8 FIGURA 9 FIGURA 10 FIGURA 11 FIGURA 12 FIGURA 13 FIGURA 14 FIGURA 15 FIGURA 16 FIGURA 17 FIGURA 18 FIGURA 19 FIGURA 20 FIGURA 21 FIGURA 22 FIGURA 23 FIGURA 24 FIGURA 25 FIGURA 26 FIGURA 27 FIGURA 28 FIGURA 29 FIGURA 30 FIGURA 31 FIGURA 32 FIGURA 33 FIGURA 34 FIGURA 35 FIGURA 36 FIGURA 37 FIGURA 38 -
TIPOS DE IRREGULARIDADES E PROVÁVEIS ZONAS DETERIORADAS PELA CAVITAÇÃO
(QUINTELA; RAMOS, 1980)13........................................................................................................................22
ESCOAMENTO À JUSANTE DOS BLOCOS DE DISSIPAÇÃO (QUINTELA; RAMOS, 1980)13 ............23
SISTEMA MR / SUBSTRATO.........................................................................................................................40
VISTA GERAL DA UHE CAPIVARA – JULHO/2001..................................................................................45
DETALHE DO REBAIXAMENTO NA JUSTAPOSIÇÃO ENTRE LAJES - JUNTAS DE
DILATAÇÃO (LEITE; ABBUD, 1996)16.........................................................................................................49
DETALHE INDICATIVO DO REBAIXAMENTO ENTRE LAJES ..............................................................50
VISTA GERAL DOS BLOCOS DE DISSIPAÇÃO – JULHO/2001...............................................................50
PARTE ALTA DO RÁPIDO DO VERTEDOR - UHE CAPIVARA...............................................................57
TRINCAS E EROSÃO NAS SUPERFÍCIES DAS LAJES DA REGIÃO INTERMEDIÁRIA DO
RÁPIDO DO VERTEDOR................................................................................................................................57
TRINCA E EROSÃO COM DESTACAMENTO DA SUPERFÍCIE DE COBERTURA DA LAJE
SITUADA NA REGIÃO INTERMEDIÁRIA DO RÁPIDO DO VERTEDOR...............................................58
A) REPARO INICIAL E NOVA TRINCA SURGIDA NA INTERFACE REPARO/LAJE; E
B) REPARO DETERIORADO .........................................................................................................................58
PERFIL INDICATIVO DA S ESTRUTURAS CHUTE-BLOCK E END-SILL DO VERTEDOR DA
UHE PORTO COLÔMBIA 27 ...........................................................................................................................70
PERFIL INDICATIVO DA REMOÇÃO DOS CHUTE-BLOCKS E END-SILLS DO VERTEDOR DA
UHE PORTO COLÔMBIA 27 ...........................................................................................................................72
ESQUEMA DE AÇÃO DA SÍLICA ATIVA EM MATERIAIS CIMENTÍCEOS (GAIOFATTO;
CARDOSO; TARSO, 1996)..............................................................................................................................83
A) MISTURA DOS COMPONENTES RESINA E ENDURECEDOR; B) ADIÇÃO DA AREIA DE
QUARTZO.......................................................................................................................................................130
FÔRMA PARA A MOLDAGEM DOS CPS PARA ENSAIO DE ABRASÃO E DE RESISTÊNCIA
DE ADERÊNCIA ............................................................................................................................................131
ILUSTRAÇÃO DOS CPS DE CR: A) FACE LISA DO CP DE CR B) FACE COM VAZIO PARA A
APLICAÇÃO DOS MRS................................................................................................................................132
A) APLICAÇÃO DO REPARO COM SA COM SOQUETE; B) ACABAMENTO DO CP COM SA ........133
A) APLICAÇÃO DA AE; B) SUPERFÍCIE DO SISTEMA CR|AE APÓS APLICAÇÃO DO MR............133
A) APLICAÇÃO DA AP; B) SUPERFÍCIE DO SISTEMA COM AP APÓS ACABAMENTO COM
COLHER DE PEDREIRO...............................................................................................................................134
A) ADENSAMENTO NA MESA VIBRATÓRIA; B) SUPERFÍCIE ACABADA DO SISTEMA
CR|FA ..............................................................................................................................................................134
FOTO ILUSTRANDO CPS PARA ENSAIOS DE RESISTÊNCIA MECÂNICA E
PERMEABILIDADE.......................................................................................................................................135
VIGOTAS MOLDADAS DE SA ....................................................................................................................135
DETALHE DO ACABAMENTO DOS CPS DE SUBSTRATO PARA O ENSAIO DE
ENVELHECIMENTO.....................................................................................................................................136
A) COLOCAÇÃO DAS BARRINHAS DE CR NAS FÔRMAS; B) CPS DE AE MOLDADOS PARA
O ENVELHECIMENTO.................................................................................................................................136
EQUIPAMENTO PARA ENSAIO DE ABRASÃO E AS RESPECTIVAS FÔRMAS PARA OS CPS.......138
A) PREPARO DO ENSAIO; B) VERIFICAÇÃO DA ALTURA DE ÁGUA DE 17 CM ............................138
A) COLAGEM DA PLACA PARA ENSAIO DE RESISTÊNCIA DE ADERÊNCIA À TRAÇÃO; B)
CP CONCLUÍDO PARA O ENSAIO.............................................................................................................139
A) CP ACOPLADO NO DISPOSITIVO PARA EXTRAÇÃO DE TESTEMUNHO; B) CP COM
TESTEMUNHO EXTRAÍDO.........................................................................................................................140
EQUIPAMENTOS UNIVERSAIS DE ENSAIO: A) CAP. 30 T COM CP DE AE; B) CAP. 100 T
COM CP DE FA ..............................................................................................................................................141
ACOMODAÇÃO DO CP NA MÁQUINA UNIVERSAL.............................................................................141
DISPOSIÇÃO DO CP NA MÁQUINA UNIVERSAL...................................................................................142
ENSAIO DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO NA FLEXÃO EM CP SUBMETIDO A 800 HORAS DE
ENVELHECIMENTO ACELERADO POR RADIAÇÃO UV......................................................................143
A) DETALHE DA CÂMARA DE RADIAÇÃO UV; B) ACOMODAÇÃO DOS CPS EM SEU
INTERIOR.......................................................................................................................................................143
A) DETALHE DA CÂMARA DE ENVELHECIMENTO A CELERADO DO TIPO WEATHER-OMETER; B) ACOMODAÇÃO DOS CPS NO INTERIOR DA CÂMARA....................................................144
A) PREPARAÇÃO DO CP; B) VISTA GERAL DO CONJUNTO DE LEITURA DE
DEFORMAÇÕES............................................................................................................................................145
PREPARO DOS CPS PARA O ENSAIO DE PERMEABILIDADE.............................................................145
REATIVIDADE POTENCIA L DO CIMENTO CP II-Z 32...........................................................................150
xii
FIGURA 39 - DIFRATOGRAMA DO CIMENTO CP II-Z 32 E DAS FASES QUÍMICAS PRESENTES
(CARTÕES DE DADOS DO ICDD)..............................................................................................................151
FIGURA 40 - TERMOGRAMA DO CIMENTO CP II-Z 32 ................................................................................................152
FIGURA 41 - CURVAS GRANULOMÉTRICAS MÉDIAS DOS AGREGADOS MIÚDOS UTILIZADOS....................153
FIGURA 42 - CURVAS GRANULOMÉTRICAS MÉDIAS DO AGREGADO GRAÚDO BRITA 1 E OS LIMITES
INFERIOR E SUPERIOR ESTIMADOS PELA NBR 7211/8396 ..................................................................154
FIGURA 43 - DIFRATOGRAMA DA SÍLICA ATIVA .......................................................................................................155
FIGURA 44 - GRÁFICO DA DISTRIBUIÇÃO DO TAMANHO MÉDIO DE PARTÍCULAS DO SÍLICA ATIVA ........156
FIGURA 45 - MICROGRAFIA DA FIBRA DE AÇO (AMPLIAÇÃO DE 100 X)..............................................................157
FIGURA 46 - DRX DA ARGAMASSA EPOXÍDICA E OS PADRÕES DE REFERÊNCIA DO ICDD ...........................158
FIGURA 47 - ESPECTRO FTIR DA ARGAMASSA EPOXÍDICA.....................................................................................158
FIGURA 48 - FOTO DA SUPERFÍCIE DE CP, COM MATERIAL DE REPARO AE - DETALHES DOS POROS
SUPERFICIAIS ...............................................................................................................................................159
FIGURA 49 - ESPECTRO FTIR DA RESINA POLIMÉRICA COM FASE QUÍMICA PREPONDERANTE DE
ÉSTERES POLIVINÍLICOS...........................................................................................................................159
FIGURA 50 - RESULTADOS DO ENSAIO DE RESISTÊNCIA À ABRASÃO DO CR: (A) PERDA MÉDIA DE
MASSA EM FUNÇÃO DO T EMPO DE ENSAIO; (B) CP DE CR APÓS TÉRMINO DO ENSAIO;
(C) DESENHO ESQUEMÁTICO DA TOPOGRAFIA DO CR.....................................................................162
FIGURA 51 - RESULTADOS DO ENSAIO DE RESISTÊNCIA À ABRASÃO DO CR|SA: (A) PERDA MÉDIA
DE MASSA EM FUNÇÃO DO TEMPO DE ENSAIO; (B) CP DE CR|SA APÓS TÉRMINO DO
ENSAIO; (C) DESENHO ESQUEMÁTICO DA TOPOGRAFIA DO CR|SA ..............................................163
FIGURA 52 - RESULTADOS DO ENSAIO DE RESISTÊNCIA À ABRASÃO DO CR|AE: (A) PERDA MÉDIA
DE MASSA EM FUNÇÃO DO TEMPO DE ENSAIO; (B) CP DE CR|AE APÓS TÉRMINO DO
ENSAIO; (C) DESENHO ESQUEMÁTICO DA TOPOGRAFIA DO CR|AE..............................................164
FIGURA 53 - RESULTADOS DO ENSAIO DE RESISTÊNCIA À ABRASÃO NO CR|AP: (A) PERDA MÉDIA
DE MASSA EM FUNÇÃO DO TEMPO DE ENSAIO; (B) CP DE CR|AP APÓS TÉRMINO DO
ENSAIO; (C) DESENHO ESQUEMÁTICO DA TOPOGRAFIA DO CR|AP..............................................165
FIGURA 54 - RESULTADOS DO ENSAIO DE RESISTÊNCIA À ABRASÃO NO CR|FA: (A) PERDA MÉDIA
DE MASSA EM FUNÇÃO DO TEMPO DE ENSAIO; (B) CP DE CR|FA APÓS TÉRMINO DO
ENSAIO; (C) DESENHO ESQUEMÁTICO DA TOPOGRAFIA DO CR|FA ..............................................166
FIGURA 55 - RESUMO DAS PERDAS MÉDIAS DE MASSA DOS CR E SISTEMAS CR|MRS, EM FUNÇÃO
DO TEMPO DE ENSAIO...............................................................................................................................167
FIGURA 56 - PERDA DE MASSA RELATIVA DOS CR E SISTEMA CR|MRS, EM FUNÇÃO DO TEMPO DE
ENSAIO...........................................................................................................................................................167
FIGURA 57 - ENSAIO DE RESISTÊNCIA DE ADERÊNCIA: A) CP AJUSTADO PARA O ENSAIO; B) CP DO
SISTEMA CR|MR, APÓS O ENSAIO...........................................................................................................168
FIGURA 58 - ENSAIO DE RESISTÊNCIA DE ADERÊNCIA: A) CP DE CR|AE ROMPIDO NA REGIÃO DO CR;
B) DETALHE DO CP ROMPIDO..................................................................................................................169
FIGURA 59 - ENSAIO DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO DIRETA: A ) CP DISPOSTO NA MAQUINA
UNIVERSAL; B) EXEMPLO DE CP APÓS ENSAIO..................................................................................169
FIGURA 60 - FIBRAS COM CORROSÃO INTENSA NA SUPERFÍCIE DO CP SUBMETIDO A ENSA IO DE
RESISTÊNCIA À ABRASÃO E POSTERIOR ARMAZENAMENTO EM CÂMARA ÚMIDA................171
FIGURA 61 - VARIAÇÃO DA RESISTÊNCIA À TRAÇÃO NA FLEXÃO, DURANTE ENVELHECIMENTO
ACELERADO.................................................................................................................................................175
FIGURA 62 - SUPERFÍCIE DE FRATURA DOS CPS DE AE APÓS ENVELHECIMENTO SOB RADIAÇÃO UV
E ENSAIO DE RESISTÊNCIA MECÂNICA À FLEXÃO............................................................................176
FIGURA 63 - MICROGRAFIA POR M EV DAS SUPERFÍCIES DE CPS DO SISTEMA CR|AE: (A) SEM
ENVELHECIMENTO; (B) SOB 800 HORAS DE RADIAÇÃO UV; (C) E (D) APÓS 2000 HORAS
DE ENVELHECIMENTO...............................................................................................................................177
FIGURA 64 - MICROGRAFIA DAS SUPERFÍCIES DE CPS DO SISTEMA CR|AP: (A) 800 HORAS DE
RADIAÇÃO UV; E (B) A PÓS 2000 HORAS DE ENVELHECIMENTO....................................................177
FIGURA 65 - CURVA DE DILATOMETRIA DO SUBSTRATO CR E DOS MATERIAIS DE REPARO: SA, AE,
AP E FA ...........................................................................................................................................................180
xiii
LISTAS DE SIGLAS, AB REVIATURAS E SÍMBOLOS
Å – ANGSTRÖN
a/c – FATOR ÁGUA/CIMENTO
a/ceq – FATOR ÁGUA/CIMENTO EQUIVALENTE
a/c+s – FATOR ÁGUA/CIMENTO + SÍLICA ATIVA
ACI – AMERICAN CONCRETE INSTITUTE
AE – ARGAMASSA EPOXÍDICA
ANEEL – AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA
AP – ARGAMASSA POLIMÉRICA
ARI – ALTA RESISTÊNCIA INICIAL
ASTM – AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS
C2 S – SILICATO DICÁLCICO
C3 S – SILICATO TRICÁLCICO
Ca(OH)2 – HIDRÓXIDO DE CÁLCIO
CaO – ÓXIDO DE CÁLCIO
CAD – CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO
CAR – CONCRETO DE ALTA RESISTÊNCIA
CCV – CIMENTO POZOLÂ NICO ADIÇÃO DE CINZAS VOLANTES
CESP – COMPANHIA ENERGÉTICA DE SÃO PAULO
CGEEP – COMPANHIA DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA PARANAPANEMA
CH – FASE HIDRATADA DO Ca(OH)2
CHUTE-BLOCK – BLOCO ESTRUTURAL DE AMORTECIMENTO PARA CAÍDA D'ÁGUA
CMP – MATERIAL DE REPARO CIMENTÍCEO MODIFICADO COM POLÍMERO
CMR – CONCRETO DE MÉDIA RESISTÊNCIA
CO2 – DIÓXIDO DE CARBONO; GÁS CARBÔNICO
CP – CORPO-DE-PROVA
CP xx – CIMENTO PORTLAND TIPO xx
CPC – CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND COMUM
CPs – CORPOS-DE-PROVA
CR – CONCRETO-REFERÊ NCIA
CR|AE – SISTEMA CONCRETO-REFERÊNCIA COM ARGAMASSA EPOXÍDICA
CR|AP – SISTEMA CONCRETO-REFERÊNCIA COM ARGAMASSA POLIMÉRICA
CR|FA – SISTEMA CONCRETO-REFERÊNCIA COM CONCRETO COM FIBRAS DE AÇO
CR|MR – SISTEMA CONCRETO-REFERÊNCIA COM MATERIAL DE REPARO
CR|SA – SISTEMA CONCRETO-REFERÊNCIA COM ARGAMASSA COM SÍLICA ATIVA
CRFA – CONCRETO REFORÇADO COM FIBRAS DE AÇO
C+S – CIMENTO+SÍLICA ATIVA
CS – CONCRETO SUBMERSO
C-S-H – SILICATOS DE CÁLCIO HIDRATADOS
CTDOC – DESLOCAMENTO CRÍTICO DE ABERTURA DE FISSURA
CoKα – RADIAÇÃO DE COBALTO POR ENERGIA DE 1ª IONIZAÇÃO
CuKα – RADIAÇÃO DE COBRE DE ENERGIA DE 1ª IONIZAÇÃO
CV – COEFICIENTE DE VARIAÇÃO
DIL – ANÁLISE DILATOMÉTRICA
DP – DESVIO-PADRÃO
DRX – DIFRAÇÃO DE RAIOS X
DTA – ANÁLISE TERMODIFERENCIAL
E – MÓDULO DE ELASTICIDADE
EDS – MICROSSONDA ANALÍTICA DE RAIOS X
EHC – ESTRUTURA HIDRÁULICA DE CONCRETO
EHCs – ESTRUTURAS HIDRÁULICAS DE CONCRETO
END-SILL – ESTRUTURA PARA AMORTECIMENTO DO FLUXO D'ÁGUA NO FINAL DO VERTEDOR
EQ - EQUIVALENTE
FA – CONCRETO COM FIBRAS DE AÇO
xiv
fck – RESISTÊNCIA CARACTERÍSTICA DO CONCRETO
f’c – ÚLTIMA TENSÃO DE COMPRESSÃO
fr – MÓDULO DE RUPTURA
FTIR – ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO COM TRANSFORMADA DE FOURIER
H – HIDROGÊNIO
IA – ÍNDICE DE ABRASÃO
ICDD – INTERNATIONAL CENTRE FOR DIFFRACTION DAT A
ICO – CIMENTO PORTLA ND CONTENDO INIBIDOR DE CORROSÃO ORGÂNICA
JSCE – JAPAN SOCIETY OF CIVIL ENGINEERS
KBr – BROMETO DE POTÁSSIO
KIc – FATOR CRÍTICO DE INTENSIDADE DE RESISTÊNCIA
LACTEC – INSTITUTO DE TECNOLOGIA PARA O DESENVOLVIM ENTO
LAME – LABORATÓRIO DE MATERIAIS E ESTRUTURAS
l/d – COMPRIMENTO/DIÂMETRO
LEC – LABORATÓRIO CENTRAL DE ENGENHARIA CIVIL
LNEC – LABORATÓRIO NACIONAL DE ENGENHARIA CIVIL (PORTUGAL)
MEV – MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VA RREDURA
MR – MATERIAL DE REPARO
MRC – MATERIAL DE REPARO CIMENTÍCEO
MRs – MATERIAIS DE REPARO
NBR – NORMA BRASILEIRA
NM – NORMA MERCOSUL
(OH)- – ÍON HIDROXILA
P&D – PESQUISA E DESENVOLVIMENTO
pH – POTENCIAL HIDROGÊNICO
PIT - CAVIDADE
POT LIFE – TEMPO PARA APLICAÇÃO DE DETERMINADO MATERIAL APÓS SUA MISTURA
PPGCC – PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CONSTRUÇÃO CIVIL
PRIMER – MATERIAL APLICADO COMO BASE
ROCK-BIT – MARTELETE
ROLLER BUCKET –
SA – ARGAMASSA COM SÍLICA ATIVA
SiO – ÓXIDO DE SILÍCIO
SiO2 – SÍLICA
SLUMP – ABATIMENTO
SSS – SUPERFÍCIE SATURADA SECA
STOP-LOG – COMPORTA ENSECADEIRA
STRAIN GAGE – MEDIDOR DE DEFORMAÇÃO
UHE – USINA HIDRELÉTRICA
UV – ULTRAVIOLETA
TGA – ANÁLISE TERMOGRAVIMÉTRICA
WEATHER-O-METER – CÂMARA DE INTEMPERISMO
φ – DIÂMETRO
φmáx – DIÂMETRO MÁXIMO
xv
RESUMO
O presente trabalho enfatiza a avaliação de desempenho de quatro materiais de reparo:
argamassa com sílica ativa (SA), argamassa epoxídica (AE), argamassa polimérica
(AP) e concreto com fibras de aço (FA), para aplicação no vertedor da UHE Capivara.
A barragem está situada no rio Paranapanema, Estado de São Paulo, no sudoeste do
Brasil. Relatórios técnicos, em conjunto com inspeções locais mostraram que os
principais problemas de deterioração são conseqüentes de um processo de abrasão
ocasionado pelo fluxo de água do reservatório. No estudo foi utilizado um concreto de
referência (CR) com cimento Portland classe CP II-Z 32 e fck28 de 40 MPa. O CR e o
concreto com fibra de aço foram dosados em função de um traço médio de umas das
lajes do rápido do vertedor da UHE Capivara. O traço médio utilizado foi 1: 1,61:
2,99: 0,376, com consumo de cimento aproximado de 425 kg/m3. Os outros dois
materiais de reparo utilizados, AE e AP, foram dosados segundo recomendações do
fabricante e experiências práticas de laboratório. Para a seleção do melhor sistema em
laboratório, foram realizados ensaios de resistência à abrasão, resistência de aderência
à tração, resistência à tração direta, resistência à compressão axial simples, resistência
à tração na flexão, módulo de deformação estática, ensaios de permeabilidade,
envelhecimento acelerado em câmara de raios UV e de intemperismo wheater-o-meter
e, ensaios físico-químicos dos materiais. Considerando-se todas as propriedades
medidas, inclusive de aplicação prática em campo (PORTELLA; KORMANN,
2001a)1, a classificação dos materiais de reparo, segundo o melhor desempenho foi:
AE –SA > FA > AP.
xvi
ABSTRACT
The present work aims an evaluation of the performance of four repairing materials:
steel fiber concrete (FA), polymeric (AP), epoxy (AE) and silica fume (SA) mortars to
be applied on the maintenance of the concrete structures of Capivara Hydroelectric
Power Plant. The dam is located in the Paranapanema River, in the state of São Paulo,
in southeastern Brazil. Technical reports with local inspections, showed that the main
deteriorations in the analyzed concrete surfaces are due to abrasion-erosion actions
caused by the water flow from the reservoir on the hydraulic surfaces. In this study a
reference concrete (CR) was used, with Pozzolan-modified Portland cement whose
resistance to average compression was 40 MPa in 28 days. The CR and the steel fiber
concrete were developed based on the concrete mixture used in one slab of the
spillway rapid of Capivara Power Plant. The average CR mixture used was
1: 1.61: 2.99: 0.376, with cement consumption of 425 kg/m3. The AE and AP mixtures
were studied following the information given by the manufacturers and lab experience.
The tests were carried out in laboratory on concrete samples in order to simulate the
environmental conditions, which are usually found, among others, for controlling the
mechanical resistance and the aging imposed conditions, such as solar radiation and
humidity. Among the tests, these ones stand out: resistance to abrasion, flexural tensile
resistance, compressive strength tests, elasticity modulus, resistance to adherence,
accelerated aging in UV ray chamber and humidity and permeability tests. Also,
physicochemical characterizing tests were made for all the materials used. From the
analyzed results, two of them presented a higher performance: the epoxy and silica
fume mortars. Steel fiber concrete, due to good adherence to the substrate and good
mechanical performance, are indicated for use as an intermediate layer of underwater
repair. This system in an underwater abrasion test showed apparent metal corrosion. In
a general classification, considering all tests, including their field applications
(PORTELLA;
KORMANN,
2001a)1,
AE – SA > FA > AP.
xvii
the
better
performance
were:
1
CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃO
Capítulo 2
MECANISMOS,
OCORRÊNCIAS,
REPAROS
Capítulo 3
MATERIAIS E
MÉTODOS
CAPÍTULO 4
RESULTADOS E
DISCUSSÃO
CAPÍTULO 5
CONCLUSÕES
Capítulo 1
1 INTRODUÇÃO
2
1.1 ESTRUTURA DA PESQUISA
Para atender os objetivos propostos, o trabalho foi estruturado em 5 capítulos
conforme a seguir.
No Primeiro Capítulo consta a Introdução, na qual estão dispostas as
Características e a Importância da Pesquisa.
No Segundo Capítulo, é feita explanação dos mecanismos de erosão, os quais
podem ocorrer em superfícies hidráulicas de concreto de barragens, juntamente com as
soluções adotadas para alguns reparos. É descrito o objeto de estudo, a UHE Capivara,
juntamente com a ilustração de alguns serviços de reparo ocorridos anteriormente na
calha de seu vertedor e a situação de suas estruturas no início do projeto de pesquisa.
Na continuidade, é feito um breve histórico da ocorrência de problemas de abrasão em
barragens brasileiras e nos Estados Unidos. Finalizando o capítulo, são revistas as
características dos quatro materiais de reparo a serem elaborados.
No Terceiro Capítulo, estão dispostas as características dos materiais
utilizados e a metodologia experimental a ser empregada para avaliação do
desempenho dos mesmos e dos sistemas de reparo.
No Quarto Capítulo, são apresentados os resultados da caracterização físicoquímica dos materiais empregados bem como seus desempenhos mecânicos.
No Quinto e último Capítulo, são apresentadas as conclusões do trabalho e
também são sugeridas idéias para continuidade dos estudos.
1.2 CARACTERÍSTICAS DA PESQUISA
Esta dissertação de mestrado foi realizada em virtude da criação do Programa
de Pós-Graduação em Construção Civil da UFPR – PPGCC, em parceria com o
Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento – LACTEC, tendo como objetivo
básico o projeto desenvolvido por este: "Metodologia Executiva e Pesquisa de
Materiais para Execução de Reparos em Estruturas de Concreto (Aparentes e
3
Submersas) de Barragens", juntamente com a Duke Energy International - Geração
Paranapanema S.A. (PORTELLA; KORMANN, 2001a) 1.
Tal projeto é vinculado ao Programa de Pesquisa e Desenvolvimento
Tecnológico do Setor Elétrico Brasileiro, estabelecido pela Agência Nacional de
Energia Elétrica – ANEEL, Governo Federal, LACTEC e Duke Energy International
GP, em cumprimento à lei nº 9991, de 24/07/20002, que dispõe sobre a realização de
investimentos em pesquisa e desenvolvimento e em eficiência energética por parte das
empresas concessionárias, permissionárias e autorizadas do setor de energia elétrica.
A legitimação da pesquisa veio com o Decreto nº 3867, de 16/07/20013, que
regulamenta a Lei nº 9991. Neste Decreto, em seu artigo 2º é citado que os programas
e projetos deverão ser executados por meio de instituições de pesquisa e
desenvolvimento e instituições de ensino superior, atendido o disposto nos incisos III e
IV do artigo 5º da referida Lei.
1.2.1
Escolha do Tema e Objetivo da Dissertação
O projeto de pesquisa, vinculado ao programa de P&D da ANEEL, teve
como objetivo principal a "pesquisa de materiais para reparo e o desenvolvimento de
metodologias para aplicação em estruturas aparentes e submersas de concreto, sujeitas
a fluxo d'água em alta velocidade e regiões de variação de nível d'água", conforme
especificado no trabalho de PORTELLA e KORMANN (2001a) 1.
Pelo fato do projeto ter um tema abrangente, optou-se por focar a dissertação
na seleção do material de reparo de melhor desempenho, principalmente frente à
abrasão, durabilidade à radiação UV e ao intemperismo. Esta seleção foi realizada por
meio de ensaios físico-químicos e mecânicos de corpos-de-prova (CPs) dos materiais e
sistemas de reparo, moldados em laboratório.
A UHE Capivara serviu de base para obtenção de dados e traços teóricos dos
concretos utilizados em suas estruturas, conforme consta no trabalho realizado por
PORTELLA e KORMANN (2001a) 1.
4
O mecanismo de erosão escolhido como desgaste principal foi a abrasão,
pois foi um dos tipos de patologia que ocorreu em algumas das lajes do vertedor da
UHE Capivara, um dos focos principais da pesquisa realizada por PORTELLA e
KORMANN (2001a) 1. Relatórios técnicos em conjunto com inspeções realizadas nos
locais indicaram que as principais deteriorações das superfícies de concreto analisadas
são conseqüentes de ações erosivas por abrasão decorrentes de fluxos de água do
reservatório, na região do vertedor, nas faces de montante dos pilares de sustentação
das comportas e em condutos forçados da tomada d'água.
Sendo assim, o tema da dissertação ficou estipulado em: "Estudo do
Desempenho de Quatro Tipos de Materiais para Reparo a Serem Utilizados em
Superfícies Erodidas de Concreto de Barragens".
Por complementação e como conseqüência do objetivo principal, a UHE
Capivara também foi estabelecida como modelo para verificação do desempenho e
aplicabilidade dos materiais de reparo em campo, constando também no trabalho
realizado por PORTELLA e KORMANN (2001a) 1. Além deste estudo, foi
estabelecido e ensaiado em laboratório um traço de concreto com adição de sílica ativa
para ser utilizado em concretagens submersas, a pequenas profundidades. Tais
resultados encontram-se detalhados no relatório técnico PROJETO ANEEL/CGEEP,
realizado por PORTELLA e KORMANN (2001a) 1.
Também, aproveitando-se parte da revisão bibliográfica realizada, as
soluções alternativas e ensaios do projeto de pesquisa realizado por PORTELLA e
KORMANN (2001a) 1, foi elaborado um Manual de Reparos (PORTELLA;
KORMANN, 2001b) 4 com intuito de orientação tecnológica nos serviços de
manutenção das superfícies erodidas de concreto de barragens.
1.2.2
Trabalhos Publicados Resultantes da Pesquisa Realizada
Qualquer pesquisa pode ser de pouca valia, se os seus resultados não forem
divulgados e/ou transferidos ao mercado.
5
A seguir, apresentam-se os artigos e resumos publicados e em vias de
publicação, provenientes da pesquisa realizada:
1. PORTELLA, K. F.; KORMANN, A. C. M. Metodologia executiva e
pesquisa de materiais para execução de reparos em estruturas de concreto (aparentes e
submersas) de barragens. Curitiba: LACTEC, 2001. 176 p. Relatório técnico
PROJETO ANEEL/CGEEP;
2. PORTELLA, K. F.; KORMANN, A. C. M. Manual de reparos. Curitiba,
2001. CD-ROM;
3. KORMANN, A. C. M.; PORTELLA, K. F.; PEREIRA, P. N.;
NOGUEIRA, J. R. G.; SANTOS, R. P. dos. Metodologias de reparos em estruturas
hidráulicas de barragens. Parte I, estudos preliminares. In: 43º CONGRESSO
BRASILEIRO DO CONCRETO, 2001, Foz do Iguaçu. Anais em CD-ROM. Foz do
Iguaçu: IBRACON, 2001, III 039;
4. KORMANN, A. C. M.; PORTELLA, K. F.; PEREIRA, P. N.;
NOGUEIRA, J. R. G.; SANTOS, R. P. Processos erosivos em superfícies de concreto
de barragens – mecanismos e recuperação. In: XXIV Seminário Nacional de Grandes
Barragens, 2001, Fortaleza. Anais do SNGB. Fortaleza: SNGB, 2001, vol. 2, p. 667676;
5. KORMANN, A. C. M.; PORTELLA, K. F.; PEREIRA, P. N.; SANTOS,
R. P. Comparative study of the mechanical properties and performance, in accelerated
aging of four repairs systems for hydraulic structures of concrete dams. In: ACI 5th
International Conference – Cancun, México. Artigo aceito para apresentação em
dezembro de 2002;
R. P. Simulação laboratorial de reparos submersos em superfícies erodidas de concreto
pouco profundas, considerando somente o efeito gravitacional. In: 44º CONGRESSO
BRASILEIRO DO CONCRETO, 2002, Belo Horizonte. Artigo aceito para
apresentação em agosto de 2002;
6
R. P. Desempenho de fibras de aço em concretos sujeitos à abrasão hidráulica. In: 44º
CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO, 2002, Belo Horizonte. Artigo aceito
para apresentação em agosto de 2002.
1.3 IMPORTÂNCIA DA PESQUISA
O Brasil possui grandes recursos hídricos e, tanto nas décadas de 70 e 80
com o concreto massa, quanto na última década com o concreto compactado a rolo,
executou construções de barragens para aproveitamentos hidrelétricos, consumo de
água, controle de cheias e lazer.
As execuções destas grandes obras fizeram com que o país se tornasse
pioneiro no planejamento, na elaboração de projetos e, principalmente, na construção
de aproveitamentos hidrelétricos.
Apesar do país possuir esta grande capacidade de execução e equipes
técnicas com capacidade comprovada, demonstra não possuir o hábito de sedimentar
os conhecimentos das etapas de construção: planejamento, projeto, execução e
comissionamento. Este fato acaba por não gerar uma cultura voltada para a
durabilidade, segurança das obras e de manutenção.
A ANEEL vem alterando as concepções de acompanhamento das usinas
existentes, dando importância crescente às ferramentas, envolvendo os conceitos
mostrados neste trabalho. Um panorama geral das barragens do Brasil demonstra que
existem
obras
com
mais
de
50
anos
sem
avaliação
técnica
consistente
(MARQUES FILHO, 2000)I.
Sabe-se que, para se manter é preciso saber como foi feito, e isto na
construção de obras se dá pela execução do diário de obra. Infelizmente, na maioria
dos casos, não há registro dos materiais e quantidades utilizadas, dos sistemas
I
Comunicação pessoal (Janeiro de 2000).
7
construtivos aplicados, de possíveis problemas ocorridos durante a execução de boa
parte dos empreendimentos construídos. E assim, quando surge degradação ou alguma
patologia, perde-se tempo e dinheiro tentando-se recompor as características técnicas e
o processo construtivo (concreto, composição química, desempenho mecânico, etc).
Com a privatização das empresas geradoras de energia elétrica e de
abastecimento de água, reforça-se a importância do assunto para a sociedade, já que os
custos de vidas humanas e de danos ambientais são irreparáveis. Diante da tendência
mundial de compra de produtos política e ecologicamente correta, faz com que as
operadoras busquem a segurança e qualidade de seus serviços, forçando as
concorrentes para que também o façam.
Deve ser lembrado que além do risco inaceitável às populações ribeirinhas e
ao meio ambiente gerados por uma possível falha, agregam-se os custos de parada de
produção de energia durante os processos de reparos, que passam a ter valor
estratégico, pois falhas repentinas podem causar problemas de confiabilidade no
sistema interligado. Este fator indica a importância das análises preventivas e dos
estudos de reparos eficientes e de aplicação rápida.
Pelo exposto acima e à luz dos possíveis problemas que podem ocorrer em
uma barragem, a redução de resistência efetiva do concreto devido à erosão do mesmo
e conseqüentes patologias, combinadas com as sobrecargas previstas e anormais,
diminuem o fator de segurança de barragens quanto à ruptura.
8
Capítulo 1
INTRODUÇÃO
CAPÍTULO 2
MECANISMOS,
OCORRÊNCIAS,
REPAROS
Capítulo 3
MATERIAIS E
MÉTODOS
CAPÍTULO 4
RESULTADOS E
DISCUSSÃO
CAPÍTULO 5
CONCLUSÕES
Capítulo 2
2 MECANISMOS DE DESGASTE SUPERFICIAL EM SUPERFÍCIES
HIDRÁULICAS DE CONCRETO, OCORRÊNCIAS NA UHE CAPIVARA,
OUTROS EXEMPLOS E ALTERNATIVAS PARA REPARO
9
2.1 MECANISMOS
DE
DESGASTE
SUPERFICIAL
EM
ESTRUTURAS
HIDRÁULICAS DE CONCRETO
De maneira geral, a erosão ocasionada por desgastes superficiais das
estruturas hidráulicas de concreto (EHC), é definida como a desintegração do material
exposto aos fenômenos de deterioração.
Normalmente, o concreto é dosado e produzido, seguindo determinados
critérios estruturais e condições operacionais para que possa suportar a cargas e
sobrecargas por vários anos, sem se desgastar. No entanto, por uma variedade de
fatores, incluindo parâmetros de projeto e de construção, seleção e qualidade dos
materiais, mudanças operacionais, bem como interação com o meio ambiente, as
estruturas sofrem danos, sendo que o seu grau de deterioração está diretamente
relacionado a estes fatores.
Os desgastes superficiais podem ocorrer de algumas maneiras, sendo que as
principais causas de deterioração são a erosão por abrasão, cavitação e ataques
químicos. Interessante seria eliminar as causas destes mecanismos, porém, por muitas
razões, isto é impossível e impraticável.
Para recuperar as superfícies que sofreram tais danos, vários materiais e
técnicas de aplicação vêm sendo desenvolvidos. Estes MRs devem ser corretamente
adequados às características do fenômeno de desgaste bem como às condições
operacionais das estruturas. Outras considerações como acesso aos locais de reparo,
tempo de realização dos serviços, custo das operações, experiência da equipe quanto
ao manuseio dos materiais e equipamentos, entre outras, devem ser estimadas para que
todo o programa de recuperação seja realizado com pleno êxito.
Outro fator importante é a compatibilidade entre o MR e o concreto
existente. Características como variação volumétrica decorrente de mudanças de
temperatura e resistência de aderência devem ser estudadas nos sistemas de reparo.
Uma vez que as variações volumétricas impõem tensões na interface do MR
com o concreto do substrato, é de suma importância o preparo da superfície a ser
10
reparada. Uso de jateamento de areia ou outro processo abrasivo, limpeza com ar
comprimido, umedecimento e uso de adesivos são exemplos de procedimentos que
devem ser tomados, dependendo do tipo de MR a ser utilizado.
Com monitoramento constante e programa de inspeções visuais, as EHCs
podem ser adequadas e reparadas com materiais eficientes aos novos esforços e
desgastes, aliviando-se os efeitos dos processos deteriorantes.
2.1.1
Principais Desgastes Superficiais do Concreto
Conforme comentado por NEVILLE (1997, p. 517)5, "... as superfícies de
concreto podem ser submetidas a ações de desgaste. Essas ações podem ser por atrito,
arranhamento ou percussão. No caso de estruturas hidráulicas, a ação de materiais
abrasivos transportados pela água pode resultar erosão. A cavitação é outra forma de
dano ao concreto causado por água corrente". Em estruturas de concreto de barragens,
o efeito danoso mais comum é a erosão.
Segundo MEHTA e MONTEIRO (1994)6, os processos de desgaste em
superfícies de concreto podem acontecer, resumidamente, sob três formas distintas:
F ABRASÃO: é o desgaste ocorrido por atrito seco, quando a superfície
de concreto é utilizada como pavimento ou piso, e o tráfego de
veículos é o principal agente agressor;
F EROSÃO: é o desgaste provocado pelo choque de partículas sólidas
suspensas em líquidos, com a superfície de concreto, geralmente de
estruturas hidráulicas;
F CAVITAÇÃO: é a deterioração provocada pela ruptura de bolhas de
vapor formadas em fluxos de água em velocidade elevada
No manual do ACI INTERNATIONAL (1999)7 são considerados como
processos erosivos em estruturas de concreto a cavitação, a abrasão e os desgastes
ocorridos por ataques químicos.
11
Em artigo publicado por MEHTA e GERWICKII, citado por MEHTA e
MONTEIRO (1994, p. 128)6, os autores classificaram os desgastes físicos do concreto
em desgastes superficiais e fissurações. Na classe dos desgastes superficiais estariam a
abrasão, a erosão e a cavitação e quanto às fissurações estariam causas internas à
massa de concreto, como pressão de cristalização de sais nos poros e, externas, como
gradientes de temperatura, umidade, carregamentos estruturais, etc. Já os desgastes
provocados por ataques químicos seriam provocados por hidrólise causada por água
pura, trocas iônicas entre fluidos agressivos e a pasta de cimento e reações causadas
por compostos como sulfatos, corrosão, etc.
Esta diferenciação entre as obras citadas é puramente arbitrária, conforme
enfatizado por MEHTA e MONTEIRO (1994, p. 129)6. Geralmente, os desgastes
físicos e químicos acabam por se complementar. Ocorridos os desgastes físicos, tal
como a abrasão, há um aumento da exposição da superfície de concreto a agentes
como a chuva ácida, e conseqüentemente o ataque pelos compostos químicos presentes
nesta são favorecidos. Ocorridos os desgastes químicos como, por exemplo, a
lixiviação, o concreto fica mais poroso, facilitando o processo de abrasão, e assim
sucessivamente. Estes fatos fazem com que ambos os processos de deterioração, físico
ou químico, resultem em um ciclo de difícil dissociação ou estabilização.
Neste trabalho, a abrasão será enfocada como deterioração principal, pois é
um tipo de patologia constatado em algumas das lajes da soleira do vertedor da UHE
Capivara, sendo também o objeto de pesquisa do projeto da ANEEL. A cavitação e os
desgastes químicos terão uma breve explanação teórica.
II
P. K. MEHTA, B. C. GERWICK, JR. Concr. Int., vol. 4, nº 10, p. 45-51, 1982.
12
2.1.2
2.1.2.1
Abrasão e Erosão
Definições e uso dos termos
O termo abrasão é definido como "desgaste provocado pelo atrito", e o termo
erosão é definido como "trabalho mecânico de desgaste realizado pelas águas
correntes...", segundo FERREIRA (1986, p. 13, 678)8.
Entende-se então que, o termo abrasão refere-se ao desgaste pelo atrito seco,
e a erosão pelo impacto/fricção de partículas sólidas em suspensão carregadas por um
fluido, conforme apresenta NEVILLE (1997, p. 517-519)5. Em estruturas hidráulicas
de barragens este fluido é a água.
Apesar dos termos abrasão/erosão diferirem pelo tipo de meio no qual ocorre
o desgaste, meio seco ou suspensão em água, tanto na literatura mundial quanto em
trabalhos publicados e, inclusive na norma ASTM C1138/979, o desgaste ocorrido em
superfícies hidráulicas de concreto é tratado como erosão por abrasão ou,
simplesmente, abrasão. Assim sendo, o uso do termo abrasão coincide pelo exposto no
manual do ACI INTERNATIONAL (1999)7, diferindo da definição de NEVILLE
(1997)5 e MEHTA e MONTEIRO (1994) 6, acima expostas. Devido a estes fatos e para
simplificação no uso dos termos neste trabalho, usar-se-á abrasão como termo genérico
que designará o processo de desgaste nas superfícies hidráulicas de concreto, em meio
fluido.
2.1.2.2
Ocorrência da abrasão em Estruturas Hidráulicas de Concreto - EHC
A abrasão é causada pelo impacto de elementos transportados pela água nas
estruturas hidráulicas de concreto (EHC). Quanto mais turbulentos forem os fluxos,
juntamente com as forças de impacto ocasionadas pelos detritos, mais abrangente será
a erosão por abrasão.
Os detritos transportados pelos fluxos d'água variam desde seus tipos até suas
13
durezas, podendo ser areias, pedras, escombros, cascalhos, restos vegetais, etc. As
estruturas hidráulicas mais atingidas por processos abrasivos são as superfícies dos
vertedores, as bacias de dissipação, as paredes do reservatório à montante, drenos e
túneis hidráulicos.
As coberturas de vertedores e túneis hidráulicos são estruturas bastante
susceptíveis à abrasão, visto que grandes quantidades de fluxo d'água sob alta
velocidade passam pelas mesmas.
A abrasão em bacias de dissipação pode ocorrer devido a desvios de fluxos
ocasionados por estruturas como blocos dissipadores de energia. O desvio ocasiona
redemoinhos e descargas não simétricas, que juntamente com os escombros levados
pela água, aumentam a deterioração por abrasão. MCDONALD (1980)III, citado no
manual do ACI INTERNATIONAL (1999, p. 217)7, salienta estes fatores e outros
como os blocos dissipadores de energia localizados na soleira dos vertedores que
acabam por afunilar o fluxo d'água na entrada da bacia de dissipação.
Particularmente, estruturas dissipadoras de energia, como os blocos e
defletores, são bastante afetadas pelo desgaste à abrasão, pois recebem o impacto
direto dos escombros carregados pelo fluxo d'água.
A aparência das superfícies das estruturas hidráulicas que sofrem erosão por
abrasão é normalmente lisa e polida. Esta aparência é facilmente diferenciada da
superfície de concreto que sofreu cavitação, pois esta se apresenta "empipocada", com
pequenos buracos ou cavidades (pits).
2.1.2.3
Fatores influentes no processo de abrasão
A taxa de desgaste ou profundidade de ataque é dependente de alguns
fatores, tais como tamanho, forma, dureza, quantidade de partículas sendo
III
MCDONALD, J. E. Maintenance and Preservation of Concrete Structures: Report 2,
Repair of Erosion Damaged Structures. Technical Report nº. C-78-4, U. S. Army Engineer Waterways
Experiment Station, Vicksburg, 1980.
14
transportadas no leito do fluxo, velocidade deste e qualidade do concreto (MEHTA e
MONTEIRO, 1994, p. 131)6.
Nas diversas EHC, fluxos turbulentos de água com diversos detritos
suspensos, colidindo contra suas superfície de concreto, podem ser causadores de
erosões a diversas profundidades. Grande dano por abrasão ocorreu na barragem de
Dworshak, cuja abrasão consumiu um volume aproximado de concreto e fundação
rochosa de 1.530 m3, e profundidades aproximadas de 2 e 3 m (ACI
INTERNATIONAL, 1999, p. 216)7.
2.1.2.4
Simulação laboratorial da abrasão
A resistência à abrasão de um material é de difícil avaliação quantitativa,
visto que o grau de variação de fatores, como quantidade, forma, tamanho e dureza das
partículas suspensas e velocidade de escoamento do fluxo d'água existentes em
condições normais de operação das estruturas, é elevado. Estas variações dificultam a
simulação em laboratório.
MEHTA e MONTEIRO (1994, p. 132)6 comentam que não existe um ensaio
satisfatório que meça a resistência ao desgaste superficial do concreto aliada com sua
vida útil, visto que as condições de campo são difíceis de serem representadas em
laboratório. Os ensaios que existem podem proporcionar uma idéia qualitativa do
material, bem como dos procedimentos de aplicação, acabamento e cura destes.
Estes ensaios de avaliação proporcionam o grau de desgaste pela perda de
massa medida, por determinado período. NEVILLE (1997, p. 518)5 e o manual do ACI
INTERNATIONAL (1999, p. 224)7 indicam o procedimento da norma americana
ASTM C1138/979, que avalia a resistência do concreto à ação abrasiva de partículas
carregadas pela água, bem como a perda de massa do concreto, relacionando-a com
sua durabilidade a este desgaste.
15
2.1.2.5
Medidas de proteção contra a ocorrência da abrasão
O controle ou diminuição dos efeitos da abrasão em superfícies hidráulicas
de concreto pode iniciar por mudanças significativas no projeto da obra, tais como se
forem implantadas armadilhas para aprisionar os escombros; melhorando-se as
condições de descargas nos vertedores e o emprego de materiais resistentes em suas
superfícies.
O uso de materiais resistentes e suas técnicas de aplicação também têm sido
de grande importância no avanço da tecnologia dos materiais a serem aplicados em
EHC. O estudo laboratorial visando avaliar a resistência à abrasão, bem como a
compatibilidade do material novo com o concreto pré-existente são complementares à
pesquisa e à avaliação de campo.
2.1.2.5.1 Materiais
Segundo
McDONALD
(1980),
citado
pelo
manual
do
ACI
INTERNATIONAL (1999, p. 224)7, o desempenho do material é inversamente
proporcional ao tempo de exposição aos agentes causadores da abrasão. Portanto, é
necessário ensaiar os materiais a serem utilizados, para que se possa estimar sua
resistência frente a agentes abrasivos, pois suas avaliações, na prática, podem demorar
a acontecer, além de não se mostrar um método seguro para se estudar o desempenho
dos mesmos.
A qualidade do concreto tem aspecto ambíguo quanto à resistência à abrasão,
visto que um concreto de alta resistência pode resistir por muito tempo a altas
velocidades de fluxo, mas não ao impacto e ao lixamento dos elementos transportados
pela água (ACI INTERNATIONAL, 1999, p. 215)7.
De uma forma geral, as recomendações feitas no manual do ACI
INTERNATIONAL (1999, p. 224)7, consideram que um concreto resistente à abrasão
deve incluir agregados de partículas grandes e de boa resistência à compressão, com
16
sua máxima quantidade permissível e a menor relação a/c.
Concretos contendo agregados graúdos de origem quartzosa apresentam-se
mais resistentes que concretos contendo agregados calcários. Porém, no caso de não
ser possível o uso de agregados de elevada resistência ou de origem quartzosa, o uso
de plastificantes (redutores de água) e sílica ativa podem contribuir na produção de
concretos com resistência à compressão da ordem de 100 MPa. Assim sendo, a pasta
de cimento é responsável pela resistência à abrasão e a resistência dos agregados já
não é determinante para o bom desempenho do material.
Ü Concreto com fibras
Teoricamente, concretos reforçados com fibras de aço têm menor resistência
à abrasão, por conterem mais pasta e argamassa por unidade de volume e, por sua vez,
menor quantidade de agregados graúdos do que o concreto convencional. Porém,
estudos laboratoriais têm demonstrado que estes concretos reforçados com fibras de
aço, contendo a mesma relação a/c e tipo de agregados, apresentam bom desempenho
quando sujeitos a efeitos abrasivos. Independente da melhora ocorrida a efeitos
abrasivos, a incorporação de fibras de aço no concreto aumenta sua resistência ao
impacto, diminuindo o lascamento que pode ocorrer quando escombros são
transportados pelo fluxo, e sob alta velocidade, chocam-se na superfície de concreto
(ACI INTERNATIONAL, 1999, p. 225)7.
Ü Materiais poliméricos
Algumas alternativas para aumentar a resistência à abrasão da pasta de
cimento do concreto têm sido pesquisadas, como concretos tratados a vácuo, concretos
poliméricos, concretos impregnados com polímeros, entre outras. Mas, é importante
que um estudo de custo/benefício, seja realizado e comparado a materiais usuais,
considerando as matérias-primas e técnicas de aplicação.
Ü Camadas superficiais protetoras
Diversos materiais utilizados como acabamento superficial têm promovido
melhora na resistência à abrasão, tais como revestimentos de poliuretano, argamassas
17
de resina epóxi, argamassas acrílicas, entre outras (ACI INTERNATIONAL, 1999, p.
225)7. Suas eficiências estão relacionadas com a qualidade no preparo da superfície a
receber o acabamento e propriedades térmicas do concreto existente e do material do
revestimento. A compatibilidade é de fundamental importância para o bom
desempenho do sistema como um todo.
2.1.3
Cavitação
Pode-se afirmar que a cavitação é a formação de bolhas de vapor provocadas
pelo abaixamento de pressão em regiões onde há um aumento elevado na velocidade
de escoamento. A elevação da velocidade local é ocasionada por sobressaltos
existentes na superfície de escoamento, havendo queda de pressão a valores próximos
aos da pressão de vapor e então, formam-se as bolhas.
A principal característica do fenômeno é a instabilidade das bolhas, visto
que, quando são transportadas pelo fluxo para regiões de pressões mais elevadas, elas
colapsam ou implodem repentinamente e a água preenche velozmente os pequenos
vazios e pressões altíssimas são atingidas em áreas infinitesimais e em intervalos de
tempo extremamente pequenos. Com a repetição deste fenômeno nas mesmas partes
do concreto ou outro material, resultam as escarificações (NEVILLE, 1997, p. 520 e
PINTO, 1983, p. 1)5, 10.
Na Engenharia Hidráulica, a cavitação é tida como um fenômeno dos mais
complexos, seja pelo seu entendimento, seja pelos diversos parâmetros que a
influenciam e pela grande dificuldade de fazer sua simulação em laboratório.
A cavitação pode ocorrer em fluxos de líquidos sob altas velocidades de
escoamento. A velocidade pode ser considerada elevada a partir de 12 m/s (MEHTA;
MONTEIRO, 1994, p. 131 e NEVILLE, 1997, p. 520)6, 5.
Quando as bolhas colapsam, a pressão chega a atingir valores da ordem de
108 atm, segundo BORSARI (1986, p. 20)11. E quanto menores as bolhas e maiores
suas quantidades, maior será o problema de deterioração.
18
Resumidamente, FACEIRAIV, citado por BORSARI (1986, p. 7)11, analisou a
definição de alguns autores, caracterizando a cavitação como um fenômeno
tipicamente hidráulico e salientou seus três principais aspectos:
F "formação de cavidade de vapor, a partir de núcleos microscópicos
existentes no campo de escoamento, como conseqüência da pressão ter
atingido em certos pontos, determinados valores críticos;
F crescimento das cavidades, como conseqüência de um fenômeno de
evaporação; e
F colapso brusco final das cavidades, como conseqüência do aumento da
pressão em relação aos valores críticos".
A cavitação pode ocorrer tanto em canais abertos como em dutos fechados.
Neste último caso, mesmo a velocidades baixas, em torno de 7 m/s, segundo MEHTA
e MONTEIRO (1994, p. 131)6, três causas podem ser responsáveis pela queda de
pressão, às vezes, bem abaixo da atmosférica: sifonamento, inércia na parte interna de
uma curva e irregularidades da superfície.
E é nesta ocasião que a cavitação pode ser prejudicial à superfície de
escoamento do fluido. Se a força ocasionada pela implosão for superior à força de
coesão do material da superfície, este pode ficar danificado.
Como a cavitação não ocorre uniformemente, a aparência da superfície que
sofreu erosão por cavitação é irregular, riscada e perfurada, aspecto oposto das
superfícies que sofreram abrasão (NEVILLE, 1997, p. 520)5.
IV
FACEIRA, L. V. M. Problemas de cavitação originados por escoamentos a altas
velocidades: estudos das flutuações de pressão. Tese apresentada a concurso para especialista do
LNEC. Lisboa, 1973.
19
2.1.3.1
Tipos de cavitação
Há dois tipos de cavitação: gasosa e vaporosa (SANT'ANAV, TULLISVI apud
ANDRADE NETO, 1987, p. 3)12.
Ocorre a cavitação gasosa quando há uma grande quantidade de gases
suspensos na água ou o processo cavitante é lento. Este fato permite o aumento da
quantidade de ar no interior da bolha de vapor, como conseqüência da desgaseificação
do líquido. E devido a este aumento no volume de ar, tanto o crescimento quanto o
rompimento das bolhas, acontecem mais lentamente, fazendo com que a cavitação
gasosa não seja tão agressiva.
A cavitação vaporosa ocorre quando há pouco ar no interior do fluxo de água
e no interior das bolhas há somente o vapor. Neste caso, as pressões geradas pelo
rompimento das bolhas são elevadas, causando danos às estruturas hidráulicas.
Em obras de autores, como QUINTELA e RAMOS (1980)13 e PINTO
(1983)10, a cavitação vaporosa que ocorre nas estruturas hidráulicas é tida como um
fenômeno que acontece em escoamento de fluidos em alta velocidade, quando há
formação e colapso subseqüente de bolhas cheias de vapor.
2.1.3.2
O mecanismo da cavitação em superfícies hidráulicas de concreto
O fenômeno da cavitação é praticamente o processo inverso do que ocorre na
ebulição. Na cavitação, ocorre redução de pressão no interior das bolhas de gás e na
ebulição, há um aumento de pressão (PINTO, 1983)10.
A cavitação no concreto não é tão documentada quanto nos metais, conforme
comenta o manual do ACI INTERNATIONAL (1999, p. 214)7. Porém, o
desenvolvimento da erosão por cavitação é semelhante ao que ocorre em superfícies
V
SANT'ANA, R. F. Cavitation on Hydraulic Structures, Special study, Course CE 712,
Colorado State University. USA. 1979.
VI
TULLIS, J. P. Cavitação em Sistemas Hidráulicos. CTH/DAEE, ABRH, EPUSP.
São Paulo, 1982.
20
metálicas e a deterioração ocorre rapidamente após o início de exposição ao fenômeno,
promovendo à superfície de concreto uma aparência áspera e esburacada.
Microfissuras na superfície do concreto, bem como entre a argamassa e os
agregados contribuem para que os danos provocados pela cavitação sejam maiores
ainda. Na possível região microfissurada do concreto, ondas compressivas de água
podem causar tensões de tração que propagam as microfissuras já existentes. A
repetição do esforço causado pelas ondas pode fazer com que o material se deteriore e
pedaços do mesmo se descolem, criando ressaltos na superfície.
BORSARI (1986, p. 20)11 explica que a erosão por cavitação tende a
desgastar a argamassa, promovendo o descolamento dos agregados. E ocorrido o
desgaste pela cavitação, ele só tende a aumentar a intensidade do fenômeno, pois com
a deterioração da argamassa, os agregados ficam expostos, compondo novas
irregularidades favorecendo o fenômeno cavitante.
Quando os danos causados alteram o perfil do fluxo, outros esforços podem
surgir, comprometendo a estabilidade das camadas mais aparentes. Fadiga devido a
vibrações e batimentos da água em alta velocidade nas superfícies irregulares pode
ocorrer, sobrecarregando a superfície em questão (ACI INTERNATIONAL, 1999,
p. 214)7.
Geralmente, os fatores determinantes para a ocorrência de cavitação são a
variável de pressão e conseqüente variável de velocidade, mas também pode acontecer
esse fenômeno pela presença de ar não dissolvido na água, bem como partículas de
poeira (NEVILLE, 1997, p. 520)5.
O conceito de "alta velocidade", para a ocorrência de cavitação, é discutido
por alguns autores. FACEIRAI V, citado por BORSARI (1986)11, propõe que sejam
seguidos os valores:
- ensaios laboratoriais: v > 5 m/s;
- protótipos: v > 20 m/s.
21
PINTO VII, citado por BORSARI (1986)11, afirma que a partir de 30 m/s, a
cavitação poderá provocar grandes danos.
2.1.3.2.1 Parâmetros característicos
Quanto às condições da estrutura, a experiência demonstra que há quatro
razões básicas responsáveis para haver danos por cavitação (QUINTELA; RAMOS,
1980) 13:
a) irregularidades na superfície que limita o escoamento, bem como a falta de
qualidade do acabamento desta superfície (restos de argamassa não
retirados, exposição de armaduras, fissuras, etc);
b) presença de elementos estruturais, como juntas de dilatação, blocos de
amortecimento, mudanças de seção transversal, etc;
c) qualidade inadequada dos materiais das superfícies que delimitam o
escoamento;
d) outros fatores, como corrosões química e mecânica e ação do gelo.
Quanto ao fluxo, são três as condições necessárias para a ocorrência da
cavitação (TULLIS VI, apud ANDRADE NETO, 1987, p. 6)12:
a) existência de núcleos ou bolhas dispersos no meio líquido;
b) pressão, num dado ponto do escoamento, deverá atingir a pressão de vapor
ou valor próximo a esta;
c) pressão, ao redor da bolha, deverá ser superior à de vapor, causando seu
rompimento.
A estrutura dinâmica do escoamento é que define o início e a intensidade da
cavitação. Esta estrutura é composta pela distribuição de velocidades, pela camada
limite, pelos campos de pressão média e flutuações de pressão, entre outros
VII
PINTO, N. L. de S. Cavitación y aireación de flujos de alta velocidad. In: Curso
Latinoamericano sobre Comportamiento Hidráulico de Obras de Alivio de Grandes Presas. INCYTH.
Buenos Aires, Argentina, 1983. 37 p.
22
(QUINTELA; RAMOS, 1980, p. 6)13.
2.1.3.2.2 Cavitação por irregularidades na superfície
Irregularidades podem existir na superfície que delimita o escoamento. Elas
podem ser de alguns tipos, sendo que os mais freqüentes são ressaltos, rugosidades,
mudanças na inclinação e curvaturas, bem como saliências em juntas. A Figura 1
ilustra os tipos de irregularidades sistematizadas por BALL VIII, resultado de pesquisas
desenvolvidas no Bureau of Reclamation, mostrada por QUINTELA e RAMOS (1980,
p. 9)13, juntamente com as prováveis regiões a serem afetadas pela cavitação.
FIGURA 1 - TIPOS DE IRREGULARIDADES E PROVÁVEIS ZONAS
DETERIORADAS PELA CAVITAÇÃO (QUINTELA; RAMOS, 1980) 13
VIII
BALL, J. W. Cavitation from surface irregularities in high velocity. J. HYDR. DIV.
Proc. ASCE, HY9, p. 1283-1297, Sept, 1976.
23
2.1.3.2.3 Blocos dissipadores
A experiência tem demonstrado que, mesmo para velocidades pequenas
(≅ 12 m/s), estruturas como blocos dissipadores de energia e blocos dispersores de
estruturas de saída podem sofrer danos por cavitação, geralmente à jusante.
A cavitação neste tipo de estrutura é de complexo desenvolvimento. Este
mecanismo de cavitação descrito por IUDUTSKIIIX, citado por QUINTELA e
RAMOS (1980, p. 18)13, é composto por vórtices em forma de ferradura, que se
formam na face à jusante dos blocos e têm suas extremidades sobre a soleira. Os
vórtices desprendem-se dos blocos e, à passagem das suas extremidades sobre a
soleira, ocorrem depressões que provocam a cavitação. Também, o escoamento ao
aproximar-se dos blocos, sofre contração, formando-se junto dos paramentos verticais
dos blocos, zonas de separação com vórtices muito instáveis. Pode-se afirmar que a
cavitação é provocada pelo sucessivo desprendimento do fluxo d'água nas paredes
verticais dos blocos, devido às variações tanto de velocidade quanto de pressão.
Estabelece-se um processo de fadiga da estrutura. Este processo é melhor entendido se
observada a Figura 2.
FIGURA 2 - ESCOAMENTO À JUSANTE DOS BLOCOS DE DISSIPAÇÃO
(QUINTELA; RAMOS, 1980)13
IX
IUDUTSKII, G. A. Erosion pour cavitation des dissipateurs d'énergie des barragesdéversoirs et les measures de son elimination. Proc. 11 th Congress IAHR, vol I. Paper 1.8, Leningrad,
1965.
24
Exemplos de casos de cavitação nos blocos de dissipação são os das
barragens Bonneville - EUA e Novosibirsk - antiga União Soviética.
2.1.3.3
Medidas de proteção contra a ocorrência da cavitação
Frente ao avanço que houve nos estudos da cavitação nas últimas décadas,
tanto ao seu entendimento quanto ao estudo da resistência dos materiais, pode-se
assegurar que as EHCs podem ser projetadas para serem, relativamente, resistentes aos
efeitos da cavitação. Para tal, é necessário que o projeto hidráulico seja ausente de
curvaturas abruptas e o acabamento da superfície do concreto seja liso, alinhado, sem
defeitos como saliências e depressões (NEVILLE, 1997, p. 521)5.
Têm-se como medidas de proteção quanto à degradação por cavitação
(QUINTELAX apud QUINTELA e RAMOS, 1980, p. 31)13:
a) inexistência de irregularidades;
b) uso de concretos especiais, blindagens, ou películas protetoras em trechos
onde a probabilidade de ocorrência de cavitação, seja maior; e
c) arejamento do fluxo por toda superfície de escoamento.
Quanto menos irregularidades existirem na superfície acabada de concreto,
menor será a probabilidade da cavitação provocar danos. São diversas as
especificações de acabamento das superfícies, porém, algumas têm sido mais
utilizadas. É o caso das especificações do U. S. Bureau of Reclamation, por BALLVIII,
comentadas por BORSARI (1986)11, mesma obra em QUINTELA e RAMOS
(1980)13, que sugerem que as irregularidades sejam atenuadas para inclinações de 1:20,
1:50 e 1:100, à medida em que as pressões locais forem baixas, e as velocidades
estiverem no intervalo de 12 a 27 m/s, 27 a 36 m/s e maiores que 36 m/s,
respectivamente. É recomendado que as alturas das irregularidades sejam limitadas a
X
QUINTELA, A. C. Cavitação provocada por irregularidades das superfícies nos
escoamentos com velocidades elevadas. Medidas de proteção de órgãos de descarga. Seminário nº
218, LNEC, Lisboa. 1977.
25
3,2 mm e 6,4 mm, dependendo da forma executiva da superfície e da irregularidade
longitudinal ou transversal ao escoamento.
O acabamento perfeitamente liso de uma superfície de concreto é
praticamente impossível. Pode ser realizado esmerilhamento superficial, porém este
serviço é oneroso e para grandes áreas, é impraticável. A obtenção da especificação de
declividade máxima de 1:100, para velocidades acima de 36 m/s, é outro quesito de
difícil concepção. Entre outras ressalvas, não se pode afirmar que a superfície não
venha sofrer qualquer outro tipo de erosão, por exemplo, a abrasão, criando-se assim,
irregularidades que facilitariam a cavitação. A utilização destas técnicas reduz-se a
pequenas áreas, que possam ser reparadas continuamente, o que não é o caso de
vertedores (BORSARI, 1986, p. 36)11.
2.1.3.3.1 Materiais
As propriedades requeridas aos materiais para que apresentem bom
desempenho aos efeitos da cavitação, são:
- resistência à tração;
- resistência ao impacto;
- resistência à fadiga; e
- resistência à fissuração.
Como o concreto comum não apresenta, satisfatoriamente, as características
mencionadas, diversos estudos com outros materiais vêm sendo realizados, a fim de
otimizar a qualidade destes frente aos esforços de cavitação. A melhor solução é evitar
a cavitação, pois o concreto pode ser resistente à erosão por abrasão, mas não à
cavitação (MEHTA; MONTEIRO, 1994, p. 132)6.
Estudos laboratoriais realizados por INOZEMTZEV (1965), citado por
QUINTELA e RAMOS (1980, p. 34)13, demonstraram que a resistência à erosão é
diretamente proporcional à aderência do aglomerante aos agregados e coesão da pasta.
Também contribuem para que haja resistência à erosão: a homogeneidade da mistura
26
com granulometria bem distribuída, o processo de lançamento e a cura adequada para
cada tipo de estrutura. No entanto, dosagens de concretos visando a garantia dessas
características foram produzidas e ensaios demonstraram que o aumento da resistência
à cavitação foi da ordem de 5 a 20 vezes, não sendo considerados como aumentos
significativos.
Quanto aos tipos de materiais a serem empregados, podem ser utilizados
concretos de alta resistência, com baixa relação a/c, agregados graúdos de até 20 mm,
garantindo a qualidade da cura para que a aderência entre pasta e agregados seja
otimizada. A dureza do agregado não é determinante, o contrário do que ocorre para
um concreto ser resistente à abrasão (NEVILLE, 1997, p. 521)5.
O acabamento das superfícies com blindagem de aço é uma opção resistente
que garante a durabilidade da estrutura, sendo eficaz nas regiões mais vulneráveis.
Porém, devido ao seu alto custo e alguns problemas técnicos que podem surgir na sua
implantação, como corrosão e falta de aderência ao concreto provocando vibrações e
conseqüente fadiga, por vezes é descartada.
Algumas adições testadas no concreto para aumentar sua resistência à
cavitação, e os tipos de concretos que tiveram suas resistências melhoradas foram o
concreto impregnado com polímeros, com fibras, com resina epóxi e revestimentos
com películas de resina epóxi (QUINTELA e RAMOS, 1980, p. 35)13.
Ü Concreto impregnado com polímeros
O concreto impregnado com polímeros constitui-se em um concreto no qual
é colocado um monômero de baixa viscosidade e cuja polimerização ocorre na obra.
A idéia do uso de polímeros advém da natureza porosa do concreto comum.
Estes poros diminuem a durabilidade do mesmo, além de proporcionar concentração
de tensões localizadas, reduzindo sua resistência à compressão. Se os poros forem
preenchidos pelos polímeros, obter-se-á um concreto de baixa porosidade,
aumentando-se sua resistência e durabilidade.
27
Existem alguns tipos de monômeros e sua escolha dependerá de fatores como
custo e métodos de polimerização. Como exemplo da impregnação de polímeros, estão
os reparos ocorridos nas barragens de Dworshak e Libby (MURRAY; SCHULTHEIS;
REGAN et al apud QUINTELA e RAMOS, 1980, p. 37)13.
Nos dois casos, a polimerização ocorreu em quatro etapas, sendo:
I. secagem do concreto, por 10 horas, com temperatura variando de 121
ºC a 163 ºC, pelo uso de lâmpadas de infravermelho e aquecedores;
II. resfriamento do concreto à temperatura para qual o monômero não
reagiria (24 ºC a 40 ºC), por controle da temperatura ambiente;
III. aplicação do monômero;
IV. polimerização do monômero a temperatura de 65 ºC a 127 ºC, por 2
horas.
Ensaios realizados por TEZUKAXI, citado por QUINTELA e RAMOS (1980,
p. 37)13, no Bureau of Reclamation, demonstram que o aumento da resistência à
compressão e à tração do concreto com a impregnação de polímeros é da ordem de
quatro vezes maior que as do concreto comum.
Ü Concreto com fibras
As fibras que podem ser adicionadas no concreto podem ser de aço, de vidro,
polímeros orgânicos, ou de outros materiais como sisal, algodão, etc. Porém,
referindo-se ao aumento de resistência à cavitação, encontram-se somente as adições
de fibras de aço, de seção circular ou retangular.
O parâmetro que caracteriza as fibras é o quociente entre seu comprimento e
diâmetro, que é o fator de forma.
Seja qual for o modo de produção do concreto, betoneira ou central de
concreto, é necessário garantir a completa distribuição das fibras na massa, a fim de
evitar regiões de concentração e formação de bolas de fibras.
XI
TEZUKA, Y. Concretos polímeros. Instituto de Pesquisas Tecnológicas, São Paulo, Ed.
Especial, nº 5, 1979.
28
Características como resistência à tração na flexão, à fissuração e ductilidade
são melhoradas com a adição das fibras de aço. Quanto à cavitação, o concreto fica
mais resistente, não sendo necessário aumentar, significativamente, a sua resistência à
compressão (LOWE XII e REGAN XIII apud QUINTELA e RAMOS, 1980, p.35)13.
Ü Materiais com resina epóxi
Concretos com resina epóxi apresentam elevada resistência à compressão e
têm seu tempo de cura bastante reduzido e, devido a isto, são utilizados para reparos
em regiões erodidas. E tanto a adição da resina ao concreto quanto o seu uso em
argamassas, e também aplicação como pintura de proteção têm sido freqüentes nos
últimos tempos mesmo na construção inicial.
O concreto e a argamassa com resina epóxi são praticamente impermeáveis a
líquidos e gases, apresentam ótima aderência e têm excelente desempenho frente a
abrasão, cavitação, ácidos, álcalis e gelo-degelo. Suas resistências a tração e
compressão são aumentadas em torno de três vezes.
Chama-se a atenção para a particularidade destes materiais diante de
gradientes de temperatura, pois apresentam alta deformabilidade e enfraquecimento
quando submetidos a grandes variações de temperatura durante o dia. Estes fatos
fazem com que não sejam indicados para regiões com elevada amplitude térmica.
Porém, são muito eficientes para zonas onde não haja variações térmicas acentuadas
(LOWEXII apud QUINTELA e RAMOS, 1980, p.35)13. Outras desvantagens são a alta
deformabilidade, limitada termoestabilidade, pouca durabilidade frente à oxidação,
envelhecimento precoce e elevados custos (QUINTELA; RAMOS, 1980, p. 41)13.
Já os revestimentos com resina epóxi podem ser formados, por exemplo, de
películas de resina epóxi ou neoprene. As películas de resina epóxi aderem facilmente
ao concreto e apresentam boa resistência à cavitação. Já para superfícies metálicas, as
XII
LOWE III, J. et al. Some experiences with high velocity flow at Tarbela Dam project.
Trans 13th Congress ICOLD, vol. III, Q.50, R.11, New Delhi, pp. 177-198, 1979.
XIII
REGAN, R. P. et al. Cavitation and erosion damage of sluices and stilling basins at two
high-head dams. Trans. 13th Congress ICOLD, vol. III, Q.50, R.13, New Delhi, 1979.
29
resinas epóxi não apresentam bom desempenho, não aderindo com eficiência ao
material. O uso de neoprene e afins é mais indicado para estas superfícies, e para
outras que necessitem de grande absorção de impactos. O neoprene apresenta boa
resistência à cavitação, mas não é indicado para o concreto (ABELEVXIV apud
QUINTELA; RAMOS, 1980, p. 35)13.
A contra-indicação quanto ao uso em regiões de elevada amplitude térmica
também é feita em estudo realizado por OSKOLKOV e SEMENKOVXV, citados por
QUINTELA e RAMOS (1980, p.35)13, onde os autores verificaram que, sob forma de
pintura, a resina epóxi apresenta limitações. Constataram que pinturas de espessura
mais fina retardavam o efeito da cavitação, mas acabavam por sofrer abrasão. As de
espessura maior descascaram por efeito da amplitude térmica, constituindo
irregularidades, intensificando o efeito da cavitação. O concreto sofreu grandes danos.
A aplicação dos materiais com resina epóxi requer cuidado especial, como
por exemplo (TEZUKA apud QUINTELA e RAMOS, 1980, p. 41)13:
- superfície de aplicação completamente seca;
- períodos de cura reduzidos;
- temperatura ambiente seja adequada para não acelerar o endurecimento
antes do acabamento; e
- viscosidade adequada para garantir a trabalhabilidade da mistura.
Enfim, a utilização de materiais resistentes à erosão de cavitação auxilia na
diminuição ou na extinção do problema que ocorre nas estruturas de descargas de
fluxo em alta velocidade.
XIV
ABELEV, A. S. et al. Investigation of relative cavitation resistance of materials and
protective coatings and development of measures against cavitation erosion of hydraulic structure
elements. Proc. 14th Congress IAHR, vol. 5, Paris, p. 69-72, 1971.
XV
OSKOLKOV, A. G.; SEMENKOV, V. M. Experience in developing methods for
preventing cavitation in excess flow release structures. HYDROTECHNICAL CONSTRUCTION, nº
08, Aug, p. 754-761, 1979.
30
2.1.3.3.2 Aeração do fluxo d'água
A incorporação de ar no fluxo d'água em alta velocidade pode reduzir os
danos por cavi tação. Tal mecanismo baseia-se no fato de que, com o ar no meio
líquido, o fluxo como um todo se torna elástico e compressível, absorvendo melhor os
impactos provocados pela implosão das bolhas geradas no processo de cavitação.
Uma das principais vantagens do arejamento é seu baixo custo, ainda que não
seja necessária a utilização de materiais mais eficientes quanto à erosão de cavitação.
A incorporação de ar pode ser natural ou induzida. Se induzida, é necessário
utilizar dispositivos aeradores como defletores, degraus e ranhuras.
Os danos causados pela cavitação poderão ser minimizados se, o fluxo
próximo à superfície de concreto for bastante aerado, com volume de bolhas pequenas
em torno de 8%, amortecendo o impacto devido ao desmanchamento das mesmas.
PETERKAXVI e RUSSEL XVII, citados por ANDRADE NETO (1980, p. 11)12, ensaiaram
emulsões contendo esta porcentagem, eliminando por completo o efeito da cavitação,
para fluxos de altas velocidades, acima de 27 m/s. Esta também pode ser considerada
como medida de prevenção.
2.1.4
2.1.4.1
Erosão Química
Ocorrência de ataques químicos erosivos em EHC
Erosão por ataques químicos é outra causa importante de deterioração das
estruturas de concreto. A deterioração por atividade química pode ocorrer nos diversos
tipos de estruturas, mas em especial nas estruturas hidráulicas de barragens, visto que a
água e a umidade estão presentes por toda vida útil das mesmas. As superfícies de
XVI
PETERKA, A J. The effect of entrained air on cavitation pitting. Joint Meeting Paper
AIRH-ASCE, Minnesota International Hydraulics Convention, Minneapolis, USA, 1953.
XVII
RUSSEL, S. O.; SHEENAN, G. J. Effect of entrained air on cavitation damage.
Canadian Journal of Civil Engrs, vol1. 1974.
31
concreto podem sofrer ainda mais com este tipo de erosão se o meio for ácido ou
alcalino, como por exemplo, estando dispostas em contato com solos que contenham
compostos de sulfato, que são altamente reativos com os produtos da pasta de cimento
As estruturas podem sofrer alterações na composição de sua massa, pois os
produtos resultantes da hidratação do cimento são os mais susceptíveis às reações que
podem ser provocadas pela presença da água e por elementos contidos nesta, como
comenta NEVILLE (1997, p. 503)5. A água pode agir como solvente dos diversos
compostos do cimento Portland endurecido e de agentes agressivos do meio. Se a água
contiver ácidos e sais reagentes com os elementos constituintes do concreto
dissolvidos em seu meio, os efeitos abrasivos podem ser ainda piores.
Quando ocorre a decomposição dos elementos resultantes da hidratação do
cimento e formação de outros compostos, e estes forem solúveis, poderão ser
lixiviados ou não. Se estes compostos não forem carreados, poderão expandir-se no
mesmo local onde foram formados, causando tensões localizadas.
A erosão superficial por ataques químicos ocorre quando o fluxo é composto
por águas duras, resultantes do descongelamento ou condensação. Estas águas,
contendo pouco gás carbônico (CO2), dissolvem o hidróxido de cálcio (Ca(OH) 2)
presente nas superfícies de concreto. Também a chuva ácida, pelo seu baixo pH (entre
4 e 4,5) pode ser maléfica a superfícies de concreto (NEVILLE, 1997, p. 503)5.
Águas brandas também podem ocasionar erosão, se contiverem CO2, pois
este elemento torna a água ligeiramente ácida, aumentando assim, sua agressividade
Águas contendo restos de vegetais (turfa) e de certos minerais em
decomposição apresentam-se ácidas e, portanto, abrasivas às superfícies das estruturas
de concreto. Também, a quantidade de material lixiviado é função da área e volume
das peças expostas. Se a estrutura for de pequenas dimensões, como pequena espessura
e pequeno diâmetro, os desgastes serão acentuados, e caso contrário, as estruturas
32
poderão não sofrer danos significativos, pelo mesmo período, se expostas ao agente
agressivo (ACI INTERNATIONAL, 1999, p. 218)7.
Solos e água contendo sulfatos podem comprometer a durabilidade das
estruturas de concreto. Os compostos de sulfatos, geralmente sob forma de gipsita, e
também sulfatos de amônia, magnésio, sódio e cálcio, estão presentes na maioria dos
solos em concentrações distintas. A deterioração do concreto por ataque de sulfatos
pode ocorrer por duas maneiras e cada uma ocorrerá dependentemente da
concentração de íons sulfato e da composição da pasta de cimento. Uma delas é a
expansão, pois quando o concreto fissura, a penetração de água aumenta, facilitando as
reações deletérias. Também pode ocorrer deterioração por perda de massa e,
conseqüente perda de resistência (MEHTA; MONTEIRO, 1994, p. 153)6.
Devido ao elevado pH do concreto, raramente microorganismos conseguem
desenvolver-se nas estruturas. Porém, em regiões tropicais, alguns tipos de algas,
fungos e bactérias fixam-se nas superfícies de concreto e utilizam o nitrogênio do ar
como fonte de energia. Assim sendo, com o metabolismo destes, há formação de ácido
nítrico, que é agressivo ao concreto (NEVILLE, 1997, p. 504)5.
Reações álcali-agregado são maléficas ao concreto, pois podem causar
fissuração e expansão, fazendo com que o concreto perca sua resistência e
durabilidade. Estes tipos de reações envolvem os álcalis presentes no cimento e
elementos reativos que os agregados possam conter, como compostos de sílica e
minerais silicosos, sendo que a presença de água e umidade é determinante para a
expansão (NEVILLE, 1997, p. 514)5.
A corrosão da armadura do concreto pode ocasionar expansão, fissuração e
lascamento do concreto na região afetada. Além da perda de massa, a estrutura de
concreto pode ficar comprometida, pois haverá diminuição da seção de armadura,
além da perda de aderência entre o concreto e a mesma.
A existência de um filme de óxido de ferro na superfície das barras de ferro e
aço faz com que estes materiais sejam inertes à corrosão. Esta película de óxido de
33
ferro é impermeável e bastante aderente à barra de aço em meios alcalinos. Se não
houverem íons cloretos dissolvidos, a película de óxido de ferro manter-se-á inerte
para pH acima de 11,5. Caso contrário, poderá haver corrosão da armadura (MEHTA;
MONTEIRO, 1994, p. 168-170) 6.
2.1.4.2
Fatores influentes no processo de erosão química
Os fatores determinantes para que ocorram ataques químicos no concreto de
barragens são os elementos resultantes da hidratação do cimento, vulneráveis à
presença de água e compostos agressivos dissolvidos, temperatura, umidade e
condições do meio no qual as estruturas estiverem inseridas.
Os compostos resultantes da hidratação do cimento mais vulneráveis às
reações são o hidróxido de cálcio (Ca(OH) 2) e os silicatos de cálcio hidratados
(C-S-H). Se o concreto contiver agregados calcários, estes também poderão sofrer
alterações químicas deletérias (NEVILLE, 1997, p. 503)5.
O potencial hidrogênico (pH) da água do reservatório também é responsável
pela agressividade da água às estruturas de concreto. MEHTA e MONTEIRO (1994,
p. 148)6 afirmam que qualquer meio com pH abaixo de 12,5 pode ser agressivo à pasta
de cimento endurecida. Assim, toda água seria nociva ao concreto, porém, o grau de
agressividade está diretamente relacionado com a permeabilidade do concreto. Águas
com pH maior que 6 podem ser consideradas inofensivas se o concreto possuir pouca
permeabilidade.
Quanto a este aspecto, NEVILLE (1997, p. 504)5 explica que, se o pH da
água estiver entre 6,5 e 5,5 o ataque aos compostos resultantes da hidratação será
brando, abaixo de 5,5 será severo, e se estiver abaixo de 4,5 será muito danoso às
estruturas de concreto. Águas correntes com pH abaixo de 6,5 lixiviam o CaO (óxido
de cálcio) do concreto, diminuindo a resistência e aumentando a quantidade de poros
da massa, aumentando sua permeabilidade.
34
Qualquer que seja o contato da estrutura com água, sendo esta água dura ou
água mole, será nocivo para a estabilidade química do concreto. A formação de água
dura é facilitada por temperaturas baixas e condensação de neblina ou vapor e, a água
mole é decorrente das chuvas ou fusão de gelo ou neve. Esses dois tipos de água
contêm pouco ou nenhum cálcio. E, sendo o hidróxido de cálcio o componente mais
susceptível à hidrólise, fato agravado se a água presente for de um desses dois tipos
citados, ocorrerão o carreamento e a lixiviação do concreto de maneira bastante
agressiva. A estrutura do concreto que sofrer estes tipos de deterioração ficará
enfraquecida, e sua superfície menos resistente à abrasão e outros fenômenos erosivos,
além de apresentar desconforto visual com a formação de eflorescências (MEHTA;
MONTEIRO, 1994, p. 149)6.
Geralmente, os compostos de sulfato têm origem natural nas águas, mas
podem ser provenientes de agrotóxicos ou dejetos industriais. O componente mais
reativo com os sulfatos é o Ca(OH) 2, mas outros compostos contendo alumina da pasta
também podem reagir.
O ataque por sulfatos é influenciado por alguns fatores, como "...a
quantidade e natureza do sulfato, o nível d'água e sua variação sazonal, o fluxo da água
subterrânea e porosidade do solo, a forma da estrutura, e a qualidade do concreto."
(MEHTA e MONTEIRO, 1994, p. 159)6.
Importante composto formado pela reação com sulfato é a etringita, que é o
produto resultante da reação do sulfato de cálcio com o aluminato de cálcio hidratado
presente na pasta de cimento. Além de ser um composto extremamente frágil, a
formação da etringita causa expansão, podendo fissurar o concreto. Mas, os problemas
de ataque por sulfatos não consistem apenas nas reações expansivas e conseqüente
fissuração, e sim pela perda de resistência do concreto devido à perda de coesão da
pasta de cimento e aderência da pasta aos agregados (NEVILLE, 1997, p. 507)5.
As composições químicas do cimento, bem como a quantidade, tamanho e
tipo do agregado reativo e composição química do gel de silicato alcalino formado, são
35
determinantes quanto à existência de reações álcali-agregado e seu grau de severidade.
Conforme classificação da ASTM C150/99XVIII, citada por MEHTA e
MONTEIRO (1994, p. 162)6, cimentos que contêm mais que 0,6% de óxido de sódio
equivalente são altamente alcalinos, e se utilizados conjuntamente com agregados
reativos a álcalis, grandes expansões poderão ocorrer no concreto. Se o conteúdo for
abaixo deste valor, os cimentos são classificados como de baixa alcalinidade e os
danos não deverão ser graves. Porém, se o consumo de cimento for elevado, mesmo
para porcentagens de óxido de sódio abaixo deste valor, as estruturas poderão estar
comprometidas (NEVILLE, 1997, p. 514)5.
As reações álcali-agregado também serão influenciadas pela presença de íons
hidroxila (OH)- e íons metálico-alcalinos. O composto hidroxila é proveniente da
grande quantidade de Ca(OH) 2 dos cimentos hidratados e permanecem no fluido dos
poros. A reação expansiva dependerá da disponibilidade de íons metálico-alcalinos,
que também podem ser fornecidos por outros meios, como aditivos, agregados
contaminados por sais, entre outros (MEHTA; MONTEIRO, 1994, p. 162)6.
Resumidamente, os principais fatores que determinam as reações álcaliagregado são o conteúdo de álcalis no cimento, o consumo de cimento, a existência de
íons alcalinos provenientes de outras fontes, o tamanho, quantidade e reatividade do
componente reativo dos agregados, existência de água e umidade e a temperatura do
meio ambiente (MEHTA; MONTEIRO, 1994, p. 166)6.
A corrosão que ocorre no concreto armado é de origem eletroquímica e pode
ser gerada quando existir dois tipos de metais no interior do concreto ou variações nas
características superficiais do aço, ou quando houver diferenças na concentração de
íons dissolvidos na proximidade da superfície do aço, como álcalis, cloretos e oxigênio
(MEHTA; MONTEIRO, 1994, p. 169)6.
XVIII
AMERICAN SOCIETY for TESTING and MATERIALS. ASTM C150: Standard
Specification for Portland Cement. 1999.
36
Para a ocorrência do processo da oxidação são necessárias as presenças de
água e ar, impreterivelmente. E quando o aço oxida, há aumento no volume da massa
da barra oxidada, sendo a principal causa da expansão e fissuração do concreto.
2.1.4.3
Medidas de proteção contra a erosão química
Quanto menor for a permeabilidade do concreto, menores serão os danos
causados por ataques químicos que as estruturas poderão sofrer, visto que as reações
químicas ocorrem de maneira mais lenta, conforme explana o manual do ACI
INTERNATIONAL (1999, p. 217)7. Portanto, o adensamento do concreto é
importante para que o concreto seja resistente aos ataques químicos, salienta
NEVILLE (1997, p. 503)5.
Importante também é salientar que a durabilidade do concreto a ataques
químicos pode ser aumentada se o processo de cura for apropriado, garantindo as
reações de endurecimento, não solicitando a estrutura antes do término desta etapa.
A erosão química pode ser minimizada pelo uso de cimentos especiais,
pozolanas e com o uso de outras adições, além de diversos tipos de camadas e selantes
protetores aplicados na superfície do concreto. As pozolanas fixam o Ca(OH) 2 que é
produto mais vulnerável a reações com ácidos. A utilização de sílica ativa proporciona
ao concreto menor porosidade, dificultando a penetração da água em seus poros.
Se forem utilizados outros tipos de aglomerantes que não o cimento Portland,
a erosão química poderá ser evitada, visto que poderão ser mais resistentes à água
contendo ácidos (ACI INTERNATIONAL, 1999, p. 226)7.
A possível prevenção quanto ao ataque por sulfatos poderá ser alcançada se o
concreto apresentar boa qualidade, ou seja, fatores como, permeabilidade, relação a/c
baixa, adensamento e cura adequados são preponderantes quanto a este aspecto,
comentado por MEHTA e MONTEIRO (1994, p. 160)6. Há também a possibilidade do
uso de cimentos resistentes a sulfatos, além da redução do Ca(OH) 2 com a adição de
escórias, sílica ativa e pozolanas ( NEVILLE, 1997, p. 508)5.
37
Uma das precauções quanto à existência de reações álcali-agregado é o
estudo da quantidade de álcalis no cimento, assim como da reatividade do agregado a
ser utilizado. A utilização de cimentos com baixa concentração de álcalis auxilia na
inibição dessas reações. Também a adição de pozolanas, como a escória granulada de
alto forno e a sílica ativa, contribui na diminuição da concentração de álcalis, pois os
álcalis presentes nestas adições são insolúveis em meio ácido e não reagirão com os
agregados (MEHTA; MONTEIRO, 1994, p. 166)6.
Dependendo do tipo de ataque químico, como o de produtos resultantes de
ações bacteriológicas, pode ser necessário alterar a composição da água, adicionando
agentes oxidantes, introduzindo ar comprimido para promover oxigenação suficiente
para reduzir a ação de bactérias anaeróbicas, entre outras ações, tal como usando dutos
resistentes a ácidos.
A corrosão da armadura é diretamente facilitada pela permeabilidade do
concreto, ou seja, quanto mais poroso for o concreto mais susceptível estará a estrutura
a este tipo de deterioração. Portanto, fatores como baixo consumo de cimento, baixa
relação a/c, adensamento e cura bem executados, conforme citados anteriormente, e
espessura de cobrimento em função do meio o qual a estrutura estiver inserida, têm
papel fundamental e básicos na boa qualidade do concreto.
Além disso, existem membranas protetoras, coberturas de concreto
impermeáveis, argamassas de cimento com adição de emulsões de polímeros que não
sejam a base de sais de cloretos, e revestimentos para as barras de aço como proteção
de zinco ou de pintura epóxi, têm sido utilizados com sucesso com o intuito de evitar
problemas de corrosão (MEHTA; MONTEIRO, 1994, p. 174)6.
2.1.5
Prevenção dos Diversos Desgastes e Manutenção das Estruturas
Reparos em estruturas hidráulicas de concreto, tanto aparentes quanto
submersas, devem ser efetuados após avaliação da real necessidade de intervenção
local, face às características da deterioração analisada, durabilidade, desempenho ao
38
longo do tempo, facilidade de acesso às estruturas e relação custo/benefício da
aplicação dos materiais selecionados.
Os estudos recomendados pelo manual do ACI INTERNATIONAL (1999)7
podem envolver:
F revisão criteriosa das especificações e registros elaborados durante a
construção da obra;
F inspeções locais, procurando-se documentar aparência visual, avarias,
possíveis deslocamentos, fissuração, entre outros danos; e
F ensaios destrutíveis ou não, com ou sem extração de amostras ou
testemunhos.
Dentro destes tópicos, procura-se verificar se o concreto inspecionado ainda
mantém suas características originais e condições de serviço e, principalmente, se o
meio ambiente circundante está afetando de maneira agressiva a qualidade original das
estruturas.
O monitoramento constante das estruturas é de essencial relevância para a
garantia do bom funcionamento e manutenção preventiva. Estruturas de grande porte e
complexas, como usinas hidrelétricas, necessitam de vários tipos de instrumentos,
além de equipe capacitada para leitura e interpretação dos dados colhidos.
Importante medida para prevenção de danos nas EHC são as inspeções
visuais que podem ser realizadas com o intuito de avaliar os tipos de escombros ou
detritos que são carregados pelo fluxo, bem como a aparência da superfície de
concreto.
As inspeções devem ser periódicas e, o que determina a necessidade das
inspeções bem como sua periodicidade é o tipo de estrutura, seu aspecto geral,
evidências de desgastes e grau de interesse à sociedade.
Dentre as diversas características que devem constar em uma inspeção visual
relativa a desgastes em superfícies hidráulicas de concreto, o manual do
ACI INTERNATIONAL (1999, p. 227)7 destaca:
39
Ü identificação de fissuras, lascamentos, manchas de oxidação e
descolamentos de partes da estrutura;
Ü identificação
de
irregularidades
na
estrutura,
como
saliências,
curvaturas e inclinações abruptas, superfícies polidas ou ásperas que
podem estar sofrendo abrasão ou cavitação, etc;
Ü exame das seções transversais para determinar a extensão dos danos;
Ü investigação da condição do concreto por métodos não destrutivos; e
Ü caracterização da natureza e tamanho dos escombros carregados pelo
fluxo.
2.1.5.1
Estruturas Hidráulicas de Concreto - EHC
Considerando-se as estruturas de concreto das usinas hidrelétricas, outro
fator que passa a ser de fundamental importância é o tempo disponível para execução
dos reparos.
Normalmente, este tempo está relacionado às programações das áreas de
produção e operação de energia e podem envolver custos diretos pela instalação,
montagem e desinstalação do canteiro de obras, preços dos MRs e matérias-primas
trabalhadas e, também indiretos, se for considerada a quantidade de energia elétrica
não gerada, decorrente da parada das máquinas geradoras para a execução dos reparos.
Na literatura mundial, são apresentadas diversas estruturas hidráulicas com
problemas de abrasão similares, cujas ações envolveram o estudo de dosagens de
argamassas e concretos, de base cimentícea ou não, com propriedades específicas
obtidas, normalmente, com o uso de aditivos e adições, bem como métodos de preparo
de superfície. De uma maneira geral, as adições que se destacam são a base de sílica
ativa, fibras minerais, orgânicas ou metálicas e, materiais poliméricos de base epóxi,
metil-metacrilato, entre outros (MCDONALD; LIU, 1979)14.
40
2.1.5.2
Processo de seleção do material de reparo conforme o Manual ACI
INTERNATIONAL (1999)7
A realização de um reparo durável em uma estrutura de concreto pode
envolver estudos para determinação das causas e, conseqüentemente, da extensão da
deterioração existente. Também, podem ser requeridas considerações estipuladas pelo
proprietário da obra e das condições disponíveis para a aplicação e serviço. Tais
critérios são necessários para a escolha dos sistemas de reparos que atenderão aos
objetivos propostos.
Um sistema MR|substrato é convencionalmente constituído do material de
reparo, propriamente dito, e das interfaces entre este e o substrato e entre o sistema
constituído por estes e o meio externo, ou meio ambiente.
FIGURA 3 - SISTEMA MR / SUBSTRATO
Antes do início do processo de escolha do MR é interessante considerar
alguns dos fatores listados entre os Quadro 1 e Quadro 3, segundo o manual do ACI
INTERNATIONAL (1999)7.
41
QUADRO 1 -CONDIÇÕES DE SERVIÇOS E PROPRIEDADES ESTRUTURAIS
DESEJADAS PELOS MATERIAIS
DE
REPARO
(ACI
INTERNATIONAL, 1999) 7
ESPECIFICAÇÕES
DE DESEMPENHO
Aderência ao CR
Carregamento e
solicitações
RESPOSTA INDESEJÁVEL (RESULTADOS
QUE PODERÃO OCORRER SE FOR
UTILIZADO MATERIAL INADEQUADO)
Perda de aderência,
delaminação;
destacamento do
reparo do CR
PROPRIEDADES
DESEJADAS
Boa resistência de
aderência sob tração
Impossibilidade de
carregamento
antecipado e de
solicitações elevadas
Módulo de
elasticidade similar ao
do CR
Relaxação por
fluência, após o
carregamento inicial
Fluência por
compressão baixa
Retração por
secagem, causando
perda de volume e
reduzindo a
capacidade de carga
Retração por secagem
baixa
42
QUADRO 2 -CONDIÇÕES DE SERVIÇOS E EXPOSIÇÃO AO MEIO (ACI
ESPECIFICAÇÕES
DE DESEMPENHO
Variações na
temperatura
ambiente
Variações na
temperatura do MR,
nas primeiras idades
PROPRIEDADES
DESEJADAS
Fissuração devido a
tensões térmicas de
contração
Lascamento devido
a tensões térmicas
de expansão no CR
Deformação devida
à expansão
exotérmica
Fissuração devida a
tensões térmicas de
contração no MR
Coeficiente térmico
similar ao do CR
Baixa variação térmica
durante a cura
Gases atmosféricos e
contato químico
Corrosão do aço da
armadura
Baixa permeabilidade;
inexistência de fissuras
Condições de
umidade, saturação;
ciclos gelo - degelo
Desintegração da
matriz de cimento
Resistência a ciclos
gelo - degelo
Condições de
umidade
Fissuração devida a
tensões surgidas
durante retração
por secagem
Retração por secagem
muito baixa; baixa
permeabilidade
43
QUADRO 3 -CONDIÇÕES DE SERVIÇOS: CARGAS DINÂMICAS (ACI
ESPECIFICAÇÕES
DE DESEMPENHO
Escoamento de alta
velocidade
Escoamento de baixa
velocidade, com
transporte de detritos
sólidos
Passagem de
veículos
PROPRIEDADES
DESEJADAS
Erosão por cavitação
Alta resistência à
compressão e à tração,
baixo φ máx dos
agregados
Erosão por abrasão
Elevada resistência à
abrasão, alta resistência
à compressão; elevada
φ máx dos agregados
Danos abrasivos na
superfície
Altas resistências à
compressão e à abrasão
Lascamento de
arestas de juntas
compressão, à tração e
de aderência; boa
ancoragem ao CR
Delaminação
Impacto
Lascamento
compressão, à tração e
ao impacto; armadura
de reforço
44
O sucesso da recuperação nem sempre deve ser atribuído somente ao
material do reparo, mas sim e, principalmente, às condições de preparo superficial, de
aplicação e à compatibilidade deste com o substrato e o com o meio ambiente. As
superfícies de ancoragem devem estar prontas para receber um ou mais materiais
compostos que, inevitavelmente, irão diferir do concreto original. O termo
compatibilidade, neste caso, pode ser entendido como sendo o equilíbrio das
propriedades físicas, químicas, eletroquímicas e mecânicas e das dimensões entre os
materiais envolvidos, tanto no estado fresco quanto no estado endurecido.
Um importante requisito a ser considerado na recuperação de uma superfície
é o comportamento dimensional do MR escolhido relativo ao do concreto a ser
reparado. Variações diferenciais em volume podem causar tensões internas no material
endurecido e, por sua vez, o surgimento de fissuras, perda de capacidade de carga e
outros defeitos que contribuirão para a deterioração da estrutura como um todo.
2.2 UHE CAPIVARA
2.2.1
Dados Técnicos da UHE Capivara
Construída pela Companhia Energética de São Paulo – CESP, na década
de 70, a Usina Hidrelétrica Escola de Engenharia Mackenzie, conhecida como UHE
Capivara, está situada no Rio Paranapanema, entre a divisa dos estados do Paraná e de
São Paulo.
Na Figura 4, é observada a vista geral da UHE Capivara. Esta fotografia foi
tirada recentemente, em inspeção visual realizada no mês de julho de 2001. De modo
geral, as estruturas apresentam-se com boa aparência e funcionamento adequado.
45
FIGURA 4 - VISTA GERAL DA UHE CAPIVARA – JULHO/2001
De acordo com o trabalho desenvolvido por SALLES e ALMEIDA JÚNIOR
(2000)15, em 1999, por motivos da nova legislação do sistema elétrico vigente no
Brasil, houve a cisão da Área de Geração de Energia da CESP, e fundou-se a
Companhia de Geração de Energia Elétrica Paranapanema – CGEEP, a qual
incorporou oito hidrelétricas do rio Paranapanema, inclusive a UHE Capivara. A
concessionária que administra a UHE Capivara é a Duke Energy International GP.
Oficialmente, a usina foi inaugurada em 1977, mas teve a conclusão de suas
obras em 1978. Conforme é citado no trabalho de LEITE e ABBUD (1996)16, o
escoamento do fluxo d'água dá-se nos 60.000 m2 do rápido do vertedor, que é
constituído por aproximadamente 230 lajes de concreto armado. A velocidade do fluxo
d'água chega a atingir 28 m/s, chocando-se nos blocos de dissipação, construídos em
concreto.
Na Tabela 1, são apresentados dados característicos das estruturas da
UHE Capivara (USINA CAPIVARA, 19__)17.
46
TABELA 1 - CARACTERÍSTICAS DA UHE CAPIVARA - 1978
BARRAGEM
Tipo
Comprimento total
Altura máxima
Cota do coroamento
Volume de aterro compactado
Volume de enrocamento
Volume de filtros
Volume de escavação em rochas
Volume de concreto
VERTEDOR
Comporta tipo
Quantidade
Dimensões
Queda normal
Descarga máxima
Área total de descarga
TOMADA D’ÁGUA
Comportas
Dimensões
Grades de proteção
Turbina
Potência final
RESERVATÓRIO
Área inundada
Volume acumulado
2.2.2
Terra / Concreto
1.650 m
60 m
339 m
7.800.000 m3
2.426.900 m3
248.200 m3
6.062.297 m3
684.737 m3
superfície
8
(15 x 15) m
34 m
17.100 m3 /s
60.000 m2
4
(8,5 x 12) m
32 un. (7 x 7,5) m
4 un. Francis 160 MW
640 MW
515 km2
10.570 106 m3
Breve Histórico da Construção e dos Materiais Utilizados na UHE Capivara
Para a construção da UHE Capivara, a produção de concreto teve que ser
apoiada por centrais de britagem e de refrigeração. A central de britagem utilizou-se de
rochas de basalto, localizadas próximas ao canteiro de obras. Como as diversas
concretagens das lajes do vertedor ocorreram em estação de clima quente
(setembro/1974 a fevereiro/1975), houve a necessidade de produção de concreto
gelado, que era dosado com água gelada e escamas de gelo, além de agregados
refrigerados (USINA CAPIVARA, 19__) 17.
O concreto era levado da Central de Concreto até o local de lançamento por
caminhões basculantes especiais. O lançamento era efetuado por guindastes, que
47
percorriam o eixo longitudinal do corpo da barragem, à montante e à jusante.
O controle tecnológico foi realizado na quase totalidade dos materiais
utilizados. O cimento utilizado foi, em sua maioria, fornecido pela Companhia
Cimento Itaú, de Corumbá-MS, porém devido a outras obras simultâneas, foram
utilizadas outras marcas. A pozolana usada era de uma fábrica em Jupiá-MS.
Os agregados graúdos foram obtidos pela Central de Britagem, que utilizou
rochas de basalto de escavações das estruturas de concreto e dragagem de jazidas. Para
melhor caracterização dos agregados, alguns ensaios foram realizados, como estudos
de dosagens, ciclagem natural e artificial, ensaio de resistência à compressão uniaxial,
reatividade com álcalis do cimento pelo método químico e das barras, análise
petrográfica, etc.
Os agregados miúdos foram obtidos nas Ilhas da Tristeza, Soluço e Choro,
existentes no Rio Paranapanema, próximo ao eixo da barragem. Para estes agregados
também foram realizados diversos ensaios, como granulometria, peso específico,
absorção, teor de argila em torrões, entre outros.
Os estudos de dosagem foram realizados no Laboratório de Concreto de Ilha
Solteira.
2.2.3
Concepção Estrutural da UHE Capivara
Para se evitar o aparecimento do fenômeno de cavitação, as estruturas
hidráulicas da UHE Capivara foram projetadas evitando-se curvaturas abruptas, o
acabamento das juntas de dilatação das lajes dos vertedores foi feito seguindo
recomendação do Laboratório Nacional de Engenharia Civil - LNEC (Lisboa), que
sugere rebaixamento na justaposição entre as lajes.
Também a resistência característica à compressão fck foi especificada em
função
de
XIX
controlling it.
gráficos
de
ensaios
hidráulicos
realizados
por
GALPERIN XIX,
GALPERIN, R. S. et al. Cavitation in elements of hydraulic structures and methods of
48
ARUTYUNOV e GOMOLKOXX, citados no trabalho de LEITE e ABBUD (1996)16.
Estes
ensaios
realizados
por
GALPERIN,
ARUTYUNOV
e
GOMOLKO
correlacionam a velocidade média do fluxo, o grau de aeração e a resistência à
compressão. Os resultados demonstram que quanto maior a velocidade do fluxo, maior
deve ser a resistência à compressão do concreto e que quanto menor o grau de aeração,
para uma mesma velocidade do fluxo, menor a resistência necessária.
Conforme descrito por LEITE e ABBUD (1996)16, devido à alta velocidade
que o fluxo d'água atingiria ao descer pelo rápido do vertedor, 28 m/s, o fenômeno de
cavitação foi uma das principais preocupações a serem tratadas na fase de projeto.
Além da otimização hidráulico-geométrica da estrutura, para que a cavitação
fosse evitada, considerou-se que quanto mais lisa e resistente fosse a superfície de
escoamento da água, menor seria a probabilidade deste fenômeno ocorrer e a abrasão
também teria seu efeito diminuído. Para tanto, a aplicação de argamassa epoxídica
seria uma boa solução, além de blindagem com chapas de aço chumbadas no concreto
em arestas específicas. Porém, ambas as soluções foram consideradas onerosas.
Devido a este fato, a Companhia Energética de São Paulo/CESP, indicou que
a solução mais prática e econômica para efetuar o acabamento liso e resistente, seria o
emprego de concreto de alta resistência, com fck compatível com a velocidade e grau
de aeração do fluxo.
LEITE e ABBUD (1996)16 ressaltaram que o termo utilizado foi concreto de
"alta resistência" e não "alto desempenho", visto que na época não se dispunha de
materiais como a sílica ativa e aditivos superplastificantes. A alta resistência foi
alcançada aumentando-se o consumo de cimento e pela refrigeração dos agregados e
da água de amassamento.
Após análise destes ensaios, determinou-se a resistência à compressão para
três regiões do vertedor da UHE Capivara:
XX
ARUTYUNOV, R. A., GOMOLKO, L. V. Cavitation Resistance of Concrete used in
hydraulic engineering.
49
- lajes da região inicial e mais alta do rápido, com velocidade média de até
16 m/s – fck = 30 MPa;
- lajes da região média do rápido, com velocidade média de 16 a 24 m/s –
fck = 35 MPa; e
- lajes da região mais baixa do rápido, junto aos blocos de dissipação de
energia, onde a velocidade média variasse de 24 a 28 m/s e onde
ocorresse o impacto do fluxo com os referidos blocos dissipadores –
fck = 40 MPa.
Salientou-se o uso de um fator água/cimento (a/c) menor ou igual a 0,40.
As camadas de acabamento com o concreto de alta resistência ficaram com
espessura média de 20 cm com uma malha metálica de Q138-(10 x 10) cm-φ 4,2 mm
(CA-60), colocada no eixo médio desta camada.
Nos trechos inclinados do rápido, para o bom desempenho das juntas de
dilatação, foi feito um rebaixamento na justaposição entres as lajes, conforme esquema
da Figura 5. Detalhe indicativo do rebaixamento pode ser observado na Figura 6.
FIGURA 5 - DETALHE DO REBAIXAMENTO NA JUSTAPOSIÇÃO ENTRE
LAJES - JUNTAS DE DILATAÇÃO (LEITE; ABBUD, 1996) 16
50
FIGURA 6 - DETALHE INDICATIVO DO REBAIXAMENTO ENTRE LAJES
Como observado na Figura 7, ao final das lajes do rápido do vertedor, estão
dispostos os dez blocos de dissipação de energia, convenientemente orientados, de
modo a abrir o fluxo d'água em forma de leque permitindo a sua aeração, evitando a
cavitação na região.
FIGURA 7 - VISTA GERAL DOS BLOCOS DE DISSIPAÇÃO – JULHO/2001
Até a oportunidade de publicação deste artigo escrito por LEITE e ABBUD
(1996)16, não foi evidenciada a ocorrência de cavitação nas juntas de dilatação e blocos
de dissipação, bem como o uso de concreto de alta resistência mostrou-se satisfatório,
visto que as estruturas das lajes do vertedor também não apresentavam evidências de
cavitação.
51
2.2.4
Reparos Executados na UHE Capivara
O concreto do rápido do vertedor da UHE Capivara começou a apresentar
desgastes por abrasão no final da década de 70. Sobretudo, estes desgastes ocorreram
devido ao fluxo em alta velocidade, exposição às intempéries e às variações de clima e
temperatura inerentes às estações do ano.
Nas várias inspeções técnicas realizadas, foi detectada que a região mais
afetada da estrutura, abrangia a metade longitudinal direita, englobando as lajes,
principalmente nas juntas. A erosão também foi detectada nos muros laterais e pilares
de sustentação das comportas, inclusive com exposição da armadura.
Algumas intervenções realizadas pelo Laboratório CESP de Engenharia Civil
– LCEC, de Ilha Solteira, para correções dos problemas foram feitas conforme
descrevem os relatórios técnicos TTN/002/82 (1982)18, LEC-CM-18/84 (1984)19 e
LEC-105/97 (1997)20.
No trabalho realizado por SALLES e ALMEIDA JÚNIOR (2000)15,
considerações foram feitas quanto aos trabalhos de recuperação realizados na UHE
Capivara, considerando a seleção dos materiais, os estudos de dosagens, metodologia
executiva, controle tecnológico dos serviços e ensaios de desgaste à abrasão em
situação real de funcionamento do vertedor.
2.2.4.1
Reparos no concreto do rápido do vertedor da UHE Capivara - TTN/002/82
(1982)18, LEC-CM-18/84 (1984)19 e LEC-105/97 (1997)20
O relatório TTN/002/82 (1982)18 descreve as condições em que se
encontravam o rápido e o canal de fuga do vertedor da usina quanto a fissuras e
erosões, em agosto de 1982. As erosões ocorreram tanto nas lajes do vertedor quanto
nas margens da bacia de dissipação. Em comparação com inspeção realizada em 1979,
esta vistoria comprovou que houve agravamento do problema de abrasão e fissuração.
52
Em 1984, após seis anos de operação da usina, observou-se a ocorrência de
trincas e erosão nas lajes, principalmente nas juntas. No relatório LEC-CM-18/84
(1984)19, são apresentados os problemas de erosão por abrasão ocorridos no rápido,
muros e pilares do vertedor e apresenta as metodologias adotadas para a execução dos
reparos.
Após análise dos desgastes, das condições das estruturas e alternativas de
MRs, optou-se pelo uso de argamassas de alta resistência. Previamente analisados em
laboratório, os parâmetros requeridos foram trabalhabilidade e resistência mecânica
das composições.
As argamassas utilizadas foram:
Ü argamassa epoxídica: foi produzida com resina epóxi bicomponente
encontrada comercialmente e dosada conforme instruções do
fabricante, misturada mecanicamente com areia da região, seca e
peneirada. O traço desta argamassa variou numa proporção de 1 de
resina para 4,5 a 5 de areia, em peso.
Ü argamassa de cimento: foi dosada em betoneira e utilizou-se areia da
região. Seu traço ficou estipulado em 1: 2: 0,35 (cimento: areia: a/c).
O cimento utilizado foi o CP II – 32.
Em 1997, conforme LEC-105/97 (1997)20, inspeções programadas para
verificação da segurança das estruturas da UHE Capivara, constataram degradações,
principalmente nas juntas entre as lajes. Observaram-se também algumas trincas nas
lajes e que alguns reparos que haviam sido feitos anteriormente estavam soltos ou
arrancados. Também se optou pelo uso de argamassas de alta resistência, e foram
empregados os seguintes materiais e composições:
Ü argamassa epoxídica com cimento: o traço foi estipulado em 1: 1: 3
(resina: cimento: areia). O cimento CP II – 32 foi introduzido para
aumentar o tempo o qual a resina permanece em estado de ser usada,
depois de misturada com seu catalisador (pot life);
53
Ü argamassa de cimento com sílica: o traço foi especificado em 1: 3: 0,1
(cimento: areia: sílica ativa), com adição de 0,2% de aditivo
plastificante. As porcentagens são em relação ao peso de cimento.
Tanto em 1984 quanto em 1997, a execução dos reparos obedeceu a mesma
ordem de procedimentos, variando somente quanto ao tipo de área a ser reparada:
lajes, juntas, muros e pilares.
A seqüência básica de procedimentos foi:
I. retirada do material deteriorado: em todas as regiões foram utilizados
marteletes pneumáticos para corte e retirada do concreto deteriorado,
até encontrar-se região de concreto resistente, deixando-o com a
superfície rugosa. Ao longo das trincas, o concreto foi quebrado e
cortado em canaleta com formato em "V", com aberturas na superfície
de 10 e 15 cm e profundidade que resultasse em concreto firme e
rugoso. Nas juntas, muros e pilares, os recortes foram delimitados com
disco de corte, definindo figuras geométricas com cantos vivos e o
concreto removido com o martelete;
II. limpeza das áreas, canaletas e armaduras: os restos de material solto e
poeira foram retirados com ar comprimido e escovas de aço, utilizadas
também para a limpeza das armaduras. Estas ficaram livres de maneira
que a distância ao substrato permitisse seu completo envolvimento e
preenchimento pelo MR;
III. execução de ensecadeira e fôrmas: para desviar a água que passava pela
vedação das comportas das regiões dos reparos, foi feita ensecadeira de
proteção com argila reforçada com argamassa de cimento, permitindo
que os serviços fossem realizados em ambiente seco. Fôrmas de
madeira untadas com óleo ou de chapas galvanizadas foram montadas
nas regiões de reparos onde houve necessidade;
54
IV. aplicação da pintura de base primer: para melhorar a aderência entre o
substrato e a argamassa de reparo, foi empregada pintura a base de
resina epóxi, a mesma utilizada na composição da argamassa, cuidando
para que toda área a ser reparada estivesse seca, limpa e rugosa,
recebendo a pintura de maneira uniforme;
V. aplicação das argamassas de reparo: as argamassas foram transportadas
até os locais de reparo por carrinhos de mão e baldes. O tratamento das
juntas foi feito isolando-se as lajes vizinhas, deixando-as livres e bem
definidas. Para isto, utilizou-se placas de isopor e tiras de papelão, para
posterior aplicação das argamassas. O adensamento das argamassas
epoxídicas foi feito manualmente por meio de socamento em camadas,
tanto para as áreas reparadas quanto para as juntas, para a eliminação
dos vazios e para melhorar a aderência com o substrato. O adensamento
das argamassas de cimento foi feito por meio de vibrador elétrico.
Posteriormente, ambos os tratamentos recebiam acabamento liso. As
placas de isopor e as tiras de papelão foram retiradas ou cortadas rentes
à superfície;
VI. reparos das trincas nas lajes: as trincas nas lajes foram mantidas como
juntas, para que permitissem o trabalho efetuado pelas lajes. Os reparos
foram efetuados em duas etapas, uma com fôrmas de chapa
galvanizada, dispostas sobre o desenho da trinca, aplicando-se
argamassa de reparo em um dos lados e, a outra, aplicando-se produto
graxo na face vertical da argamassa para evitar aderência. Em seguida,
foi preenchida a cavidade. Também foram utilizadas as placas de isopor
para isolar as lajes;
VII. desforma: o período para a desforma das argamassas foi de 6 horas para
a argamassa epoxídica e de 24 horas para as de cimento. Após, foram
feitas correções de acabamento no local;
55
VIII. acabamento: após a cura das argamassas, o acabamento foi realizado
com lixadeiras e ar comprimido, e onde foi necessário, nova pintura
com resina foi feita com o intuito de se obter uma superfície lisa, isenta
de rugosidades;
IX. correções: nos locais onde houve necessidade de correção, os passos
anteriores foram realizados e novo MR foi aplicado. Desbastes e
concordâncias locais foram feitas com lixadeira pneumática, seguida de
sopro com ar comprimido para a limpeza e, na seqüência, pintura final
com resina epóxi para proteção superficial.
2.2.4.2
Considerações sobre os serviços de reparos realizados no rápido do vertedor
da UHE Capivara
SALLES e ALMEIDA JÚNIOR (2000)15 comentam que durante os trabalhos
de reparo, a variação térmica foi acentuada e provavelmente foi o que ocasionou o
reaparecimento de fissuras nos locais onde foi aplicada a argamassa epoxídica, nas
primeiras 24 horas. Estas fissuras foram mais amenas e trabalharam como juntas de
dilatação, sendo que o procedimento adotado foi de mantê-las com tal função.
Os mesmos autores citam os locais reparados, bem como quais as argamassas
utilizadas para cada situação. Todas as aplicações seguiram os procedimentos
anteriormente citados. Nas lajes do vertedor, onde se apresentou a maior parte das
deteriorações, foram aplicadas as argamassas epoxídicas e de cimento com sílica ativa.
Nos pilares, a aplicação foi definida em função da localização das erosões: na
superfície hidráulica foi aplicada a argamassa epoxídica e acima desta, foi aplicada a
argamassa de cimento.
Os muros laterais apresentavam erosões localizadas nas juntas dos blocos e
nos próprios blocos. Tal como nos pilares, na região da superfície hidráulica houve
reparo com argamassa epoxídica e fora desta, foi utilizada a argamassa de cimento. E
nos blocos de dissipação houve aplicação de argamassa epoxídica.
56
Houve controle de resistência à compressão dos materiais dosados em
campo, e CPs de φ(5 x 10) cm foram moldados para ensaio em algumas idades. Os
valores das resistências podem ser observados na Tabela 2 (SALLES; ALMEIDA
JÚNIOR, 2000)15.
TABELA 2 - RESISTÊNCIAS À COMPRESSÃO AXIAL DAS ARGAMASSAS
DOSADAS EM CAMPO 15
IDADE
(dias) Epoxídica
7
67,6
28
-
ARGAMASSA
Cimento Cimento + Sílica
24,3
41,1
35,2
49,8
Os autores comentam que os reparos nas superfícies hidráulicas de concreto
foram feitos com argamassas de alta resistência, pois são os mais eficientes frente a
solicitações mecânicas e aos efeitos de abrasão provocados pelo fluxo d'água em alta
velocidade.
A conclusão feita por SALLES e ALMEIDA JÚNIOR (2000)15, a respeito
dos materiais e técnicas utilizadas, é que foram adequados aos tipos de estruturas e
solicitações, apresentando bom acabamento. As técnicas utilizadas para aumentar a
aderência entre o substrato e os MRs foram bem sucedidas.
Em inspeção feita em março de 2000 por técnicos da CGEEP, foi observado
que as regiões reparadas permaneciam íntegras e com aspecto firme e consistente,
assegurando o bom desempenho do vertedor (SALLES; ALMEIDA JÚNIOR, 2000)15.
2.2.5
Inspeção Técnica Preliminar no Início desta Pesquisa
A primeira inspeção visual referente a esta pesquisa foi realizada em
setembro de 2000. A inspeção incluiu várias estruturas como a superfície do rápido do
vertedor, superfície das lajes, muros laterais, pilares de sustentação das comportas e
blocos de dissipação.
Na Figura 8 é mostrada vista geral da parte alta do rápido do vertedor.
Observa-se que a parede da comporta (lado esquerdo da foto) apresenta sinais de
57
erosão (seta amarela). Na parte superior da foto podem ser vistos os blocos de
dissipação de e nergia.
FIGURA 8 - PARTE ALTA DO RÁPIDO DO VERTEDOR - UHE CAPIVARA
Trincas, iniciando na região das juntas, e abrasão foram observadas em
determinadas lajes do vertedor. Na Figura 9 são mostrados dois exemplos de
patologias observadas em lajes diferentes.
FIGURA 9 - TRINCAS E EROSÃO NAS SUPERFÍCIES DAS LAJES DA REGIÃO
INTERMEDIÁRIA DO RÁPIDO DO VERTEDOR
A maior deterioração, inclusive com destacamento de parte da superfície de
uma das lajes, foi detectada na região intermediária do vertedor. Na Figura 10, é
mostrado este tipo de patologia encontrado em uma das lajes inspecionadas. Parte
desta estrutura levantou, encavalando. Tal detalhe não pode ser visto na foto mostrada.
58
FIGURA 10 - TRINCA E EROSÃO COM DESTACAMENTO DA SUPERFÍCIE DE
COBERTURA DA LAJE SITUADA NA REGIÃO INTERMEDIÁRIA
DO RÁPIDO DO VERTEDOR
Na Figura 11 são mostradas duas situações de reparos com problemas de
deterioração. A primeira com trinca entre o reparo e a laje e, a segunda, com a ruptura
e destacamento da camada reparada. Segundo V. A. PaulonXXI, o caso da Figura 11B, é
tipicamente apresentado quando a resistência à compressão do MR é muito superior ao
do CR e ambos estão submetidos a um fluxo contínuo de água. O desgaste acaba
ocorrendo na interface do reparo, no material de menor resistência propiciando um
efeito de borda, degrau para o fluxo de água, que vem a facilitar, com o passar do
tempo, a ruptura do MR.
A
FIGURA 11 - A) REPARO INICIAL E NOVA TRINCA SURGIDA
INTERFACE REPARO/LAJE; E B) REPARO DETERIORADO
XXI
Comentário durante a Consultoria Técnica do Proje to.
B
NA
59
Pelas inspeções pode-se constatar que, de um modo geral, os serviços de
reparos executados e descritos por SALLES e ALMEIDA JÚNIOR (2000)15,
estenderam a vida útil de parte das superfícies dos locais reparados. Outra parte vem
apresentando sinais de deterioração e necessitará monitoramento e manutenção.
A abordagem geral, apresentada pelos autores LEITE e ABBUD (1996)16 e
SALLES e ALMEIDA JÚNIOR (2000)15, não deixa dúvi das da necessidade de uma
metodologia para a execução de procedimentos de reparos, englobando desde o
preparo da superfície até o reparo propriamente dito. Nestes procedimentos deverá
estar inclusa a necessidade da execução dos serviços em épocas com variações menos
bruscas de temperatura e umidade, pela trabalhabilidade das estruturas e pela afinidade
do MR com a umidade.
2.3 OUTRAS OCORRÊNCIAS DE ABRASÃO
2.3.1
2.3.1.1
Barragens Brasileiras
UHE Porto Primavera
A UHE Engenheiro Sérgio Motta, conhecida como UHE Porto Primavera é
situada no Rio Paraná, a sudoeste do estado de São Paulo, na divisa com o Mato
Grosso do Sul e pertence ao complexo de usinas da CESP.
Como descrito no trabalho apresentado por CARNEIRO, ANDRADE e
ALMEIDA JÚNIOR (1996)21, a UHE Porto Primavera possui o vertedor em concreto,
com 16 comportas que perfazem 315 m de comprimento. O concreto constituinte do
vertedor teve fator a/c ≤ 0,45, e a laje com espessura de 50 cm para suportar a descarga
de água, com velocidade maior que 12 m/s.
Em trabalho publicado por ALMEIDA JÚNIOR et al. (1996)22, é esclarecido
que, devido à necessidade de desvio da 2ª fase do rio, 6 dos 16 vãos foram construídos
com a cota da soleira 7 m abaixo da cota definitiva de projeto, 237 m. Quando o canal
60
de desvio da 1ª fase foi fechado, conjuntamente com a retirada de ensecadeiras do
vertedor e tomada d'água, o fluxo d'água foi transferido para o vertedor.
Para executar o alteamento dos vãos rebaixados, foi preciso fechar as
comportas ensecadeiras stop-log, localizadas à montante e à jusante, e fazer o
esgotamento da água. Assim sendo, foi possível verificar o estado do concreto da
soleira e muros laterais nestas regiões, depois de determinado período de operação sob
condições normais.
Na inspeção técnica do vão VS-16 verificou-se danos por abrasão
generalizada nas estruturas de concreto devido ao transporte de cascalhos e rochas pelo
fluxo d'água. Esses elementos acabavam colidindo com a superfície das estruturas,
provocando o desgaste que chegou a 10 cm de espessura em algumas regiões. Salientase que parte do material rochoso transportado pelo fluxo ficou detido nas conchas do
dissipador roller bucket e que seu volume chegou a atingir 1800 m3.
Além disso, a armadura de algumas estruturas ficou exposta e a abrasão nos
muros e pilares foi de menor intensidade, fazendo com que houvesse apenas a
exposição de agregado graúdo em determinados pontos.
Na época da construção da barragem, foram feitos alguns reparos com
argamassa epoxídica e estes locais reparados mostraram-se em bom estado de
conservação.
Em verificação em mais dois vãos, o VS-14 e o VS-13, observou-se que no
VS-14 houve abrasão generalizada e exposição de armadura em alguns pontos. O VS13 foi o menos deteriorado dos três vãos analisados e ressalta-se o bom desempenho
de reparo efetuado com argamassa com sílica ativa, pois não havia sido afetado por
desgastes.
No projeto da usina, havia sido especificado que a linha hidráulica tolerada
seria de 25 mm de desgaste do concreto e se fosse maior, reparos deveriam ser
realizados. Sendo assim, ressalta-se que ocorreu forte abrasão na soleira do vertedor,
onde o cobrimento foi especificado em 10 cm, mas o desgaste chegou a danificar até
61
20 cm de espessura, deixando a primeira malha de armadura completamente exposta,
além de alongá-la e fazer com que perdesse sua capacidade portante.
2.3.1.1.1 Reparos executados na UHE Porto Primavera
ALMEIDA JÚNIOR et al. (1996)22 descrevem a sistemática de recuperação
adotada nos vãos VS-14 e VS-16. Foram utilizados como MRs concreto convencional
e argamassa epoxídica. Os trabalhos tiveram início com levantamento topográfico para
avaliação da área e volume do desgaste.
Nos locais de reparos com mais de 5 cm de espessura foi utilizado o concreto
convencional. Para o preparo da superfície o concreto foi rompido com marteletes até
a primeira malha de armadura, chegando-se à sua superfície resistente, a qual foi
tornada rugosa para melhor aderência. Foi utilizado primer de adesivo epóxi, com a
característica de colagem mesmo em ambientes úmidos. Devido ao grande volume de
concreto a ser reparado nesse caso, o lançamento foi feito normalmente por meio de
caçambas e o adensamento com vibradores de imersão. Na Tabela 3, as características
do traço-base do concreto convencional para reparo, podem ser observadas.
TABELA 3 - CARACTERÍSTICAS DO CONCRETO
REPARO NA UHE PORTO PRIMAVERA 22
a/c
φ máx
agregado
(mm)
0,409
19
UTILIZADO
COMPOSIÇÃO (kg/m3 )
Cimento
335
Agregado Água
1821
137
COMO
slump
(cm)
3±
0,5
Nos locais onde foi empregada a argamassa epoxídica, (menos de 5 cm de
espessura), a área foi preparada com escalafate, ar comprimido para remover por
completo resquícios de material e poeira, e aplicação de primer com a própria resina
epóxi utilizada na argamassa, para garantir a aderência. Na Tabela 4, explana-se o
traço detalhado da argamassa epoxídica.
62
TABELA 4 - CARACTERÍSTICAS DA ARGAMASSA EPOXÍDICA UTILIZADA
NA RECUPERAÇÃO DA UHE PORTO PRIMAVERA 22
VERTEDOR
VS-14
VS-16
COMPOSIÇÃO (em peso)
Resina epóxi
Cimento Areia
(A+B)
0,5
8
1
0,7
7
1
Para garantia de se manter o perfil original de projeto, foram utilizadas
fôrmas, réguas deslizadoras e temporariamente fixas em guias topograficamente
instaladas. As armaduras danificadas foram retiradas e o reforço foi executado por
emendas do tipo justaposta.
2.3.1.1.2 Argamassa com sílica ativa utilizada como alternativa de reparo
O bom desempenho da argamassa epoxídica em EHCs já é conhecido, mas
na ocasião dos estudos dos reparos, a CESP pesquisou uma alternativa de reparo que
tivesse menor custo e que atendesse os parâmetros requeridos pela estrutura. A
alternativa escolhida foi a argamassa com sílica ativa e sua avaliação compreendeu
análises laboratoriais e de campo. CARNEIRO, ANDRADE e ALMEIDA JÚNIOR
(1996)21 descreveram os estudos e procedimentos adotados na pesquisa.
Em laboratório, os ensaios de resistência de aderência apresentaram bons
resultados e indicaram que não havia necessidade da aplicação de primer e que bastava
saturar com água a superfície a ser reparada.
Os ensaios de abrasão indicaram que a argamassa com sílica ativa teve
menor desgaste quando comparada com o concreto convencional. A redução da
abrasão ficou em torno de 75%, com o uso da argamassa.
Em campo, o reparo de argamassa com sílica ativa foi aplicado no VS-13,
podendo assim, ter sua avaliação real de desempenho.
O traço-base da argamassa com sílica ativa foi estipulado como demonstra a
Tabela 5. A quantidade de sílica ativa e aditivo superplastificante foram 10% e 1%,
respectivamente, em relação ao peso de cimento.
63
TABELA 5 - TRAÇO-BASE DA ARGAMASSA COM SÍLICA ATIVA EM PESO 21
a/c
0,454
Cimento
480
Sílica
Aditivo
Areia
Água
Ativa
Superplastificante
1200
48
240
4,8
A metodologia de aplicação consistiu em se fazer recortes em formas
poligonais definidas (quadrados e retângulos) nas áreas a serem reparadas, com
procedimento normal de limpeza, removendo-se por completo o concreto deteriorado e
solto. A espessura máxima de reparo ficou em torno de 3 a 4 cm.
Para a dosagem in loco, os materiais secos foram pré-pesados no laboratório
e encaminhados ao local da obra já na quantidade necessária.
A superfície de reparo foi saturada com água e a aplicação da argamassa foi
feita com colher de pedreiro, sendo que esta foi prensada contra a superfície para
melhor compactação do MR e expulsão de bolhas de ar. A superfície foi desempenada
com régua metálica.
Depois do acabamento superficial, a cura foi iniciada colocando-se panos
úmidos sobre as áreas reparadas. Passadas as primeiras 24 horas, os panos foram
retirados e a cura com água foi mantida por um período de 7 dias.
Ensaios de resistência à compressão axial indicaram valores próximos de
33 MPa, aos 28 dias, tanto para a argamassa dosada no laboratório quanto para a
argamassa dosada em campo.
Após o ensecamento do vertedor, o desempenho da argamassa com sílica
ativa pôde ser observada. Os autores notaram que havia grande quantidade de cascalho
depositado na concha do dissipador.
Quanto à região reparada e a extensão do reparo, foi observado que:
F nas juntas de dilatação os reparos foram totalmente arrancados;
F em áreas reparadas de 0,5 a 2 m2, o reparo permaneceu inalterado,
demonstrando bom desempenho;
F em áreas reparadas de 3 a 4 m2, o reparo sofreu abrasão considerável,
deixando o concreto do substrato exposto.
64
Do trabalho, CARNEIRO, ANDRADE e ALMEIDA JÚNIOR (1996)21
concluíram que o MR apresentou resultados satisfatórios quanto à aderência ao
substrato, mas a abrasão observada ocorreu além das expectativas, conseqüência do
carreamento de cascalho e rocha depositados na soleira, oriundos da montante. Tais
materiais acabaram chocando-se contra a superfície de concreto, acarretando a abrasão
observada. Esta variável não havia sido considerada no projeto da pesquisa.
Como conseqüência da avaliação e conclusão dos trabalhos em campo,
houve a necessidade do uso de argamassa epoxídica para reparo da região da soleira,
ao longo das juntas de dilatação, cujo reparo anterior havia sido totalmente removido
por causa da movimentação do cascalho sob a superfície hidráulica e reaplicação da
argamassa de sílica ativa nas regiões que voltaram a apresentar pontos de desgastes
por abrasão (regiões de dimensões de 3 a 4 m2).
2.3.1.2
Experiências de FURNAS Centrais Elétricas S. A.
O trabalho apresentado por GALLETTI et al. (1996)23 comenta a política de
manutenção e recuperação de usinas hidrelétricas executada por FURNAS e também
apresenta brevemente, alguns problemas de abrasão ocorridos em algumas das usinas
pertencentes ao Sistema FURNAS e as soluções adotadas para a recuperação.
Por complementação, salientam-se os serviços de recuperação ocorridos na
UHE de Furnas e UHE de Marimbondo, descritos no trabalho apresentado por
GOULART NETO et al. (1995)24.
2.3.1.3
UHE Estreito
A Usina Hidrelétrica de Luiz Carlos Barreto Carvalho, antiga Estreito, está
localizada próximo à cidade de Franca, em São Paulo.
Em operação desde 1969, foi encontrado processo erosivo do tipo regressivo
no maciço de rocha a jusante do salto de esqui durante a operação do vertedor (este
65
processo de erosão evoluindo na direção da fundação do mesmo).
Estudo detalhado do modelo conduziu à alteração do ângulo de lançamento
da concha de arremesso para reduzir o efeito da intensidade das correntes de retorno
(WebFURNAS, 2002)25.
2.3.1.4
UHE de Furnas
A UHE de Furnas está localizada no curso médio do Rio Grande, no trecho
denominado "Corredeiras das Furnas", entre os municípios de São José da Barra e São
João Batista da Glória, em Minas Gerais. A primeira unidade da usina entrou em
operação em 1963. A construção dessa usina, uma das maiores da América Latina
permitiu que se evitasse o colapso energético do País, na década de 60 (WebFURNAS,
2002) 25.
A calha de seu vertedor apresentou regiões desgastadas por abrasão,
inclusive com exposição de armadura.
Os procedimentos para recuperação iniciaram com a escarificação da
superfície erodida com rock-bit adaptado a um martelo pneumático e limpeza da área
com remoção total de material solto e poeira. O rock-bit é um dispositivo escarificador
que remove incrustações existentes e faz corte adicional para garantia da execução de
recobrimento (GOULART NETO et al., 1995)24.
O MR utilizado foi argamassa com sílica ativa, com substituição de 10% da
quantidade de cimento por sílica (GALLETTI et al., 1996)23.
GOULART NETO et al. (1995)24 descrevem que os serviços de reparo
ocorridos nas superfície hidráulica de concreto da calha do vertedor da UHE de Furnas
compreenderam 4000 m2 de área, com espessura média de 2 cm.
O cimento utilizado foi o CP III e não foi utilizado nenhum tipo de primer na
aplicação, pois a intenção foi a de verificar o desempenho real do material sem
qualquer outra variável.
66
A argamassa foi dosada em betoneira e transportada aos locais de aplicação
por carrinho de mão. A aplicação foi executada manualmente com soquete metálico
sobre a superfície saturada seca. O acabamento realizado foi condizente ao requerido
por superfícies hidráulicas e a cura foi úmida, realizada por 14 dias.
Os dois traços-base utilizados para as argamassas aplicadas na UHE de
FURNAS, estão demonstrados na Tabela 6.
TABELA 6 - TRAÇOS-BASE DAS ARGAMASSAS – UHE DE FURNAS 24
ARGAMASSA
a/c eq
A-1
0,40
A-2
0,37
Sílica
Aditivo
Cimento Areia
Água
Ativa
Superplastificante
60
5,70
485
1425
228
(12,37%)
(1,175%)
69
6,44
548
1288
242
(12,6%)
(1,175%)
NOTA: Os percentuais de sílica ativa e aditivo superplastificante são em relação ao
peso de cimento.
Os valores dos ensaios de resistência à compressão axial simples estão
dispostos na Tabela 7.
TABELA 7 - RESISTÊNCIAS À COMPRESSÃO AXIAL DA ARGAMASSA –
UHE DE FURNAS 24
ARGAMASSA
A-1
A-2
RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO AXIAL (MPa)
7 dias
28 dias
90 dias
27,16
44,5
51,5
35,5
53,6
63,8
Os ensaios de resistência de aderência foram realizados paralelamente às
atividades executadas na UHE de Furnas. Houve aplicação da argamassa em uma das
lajes do vertedor sem aplicação de adesivo epoxídico e outra com aplicação de
adesivo. Posteriormente, foram extraídos testemunhos para os seguintes ensaios:
Ü tração simples da argamassa;
Ü tração simples no contato argamassa/concreto;
Ü tração simples no contato argamassa/adesivo epóxi/concreto;
Ü resistência à tração por compressão diametral; e
Ü resistência a compressão axial simples.
67
Os valores médios obtidos nos ensaios citados, encontram-se na Tabela 8.
TABELA 8 - RESISTÊNCIAS DA ARGAMASSA – UHE DE FURNAS 24
RESISTÊNCIAS (MPa)
ARGAMASSA
CONCRETO
ENSAIOS DE ADERÊNCIA
Tração
Tração
Tração
Argamassa/ Argamassa/Adesivo
Compressão
Simples Diametral
Simples
Concreto
Epóxi/Concreto
1,40
4,34
27,9
1,90
0,33
1,23
2.3.1.5
UHE de Marimbondo
A UHE de Marimbondo está localizada no Rio Grande, entre as cidades de
Icem-SP e Fronteira-MG. A primeira unidade entrou em operação comercial em
outubro de 1975 (WebFURNAS, 2002)25.
Houve abrasão generalizada na calha de seu vertedor e bacia de dissipação,
com exposição de armadura em algumas regiões. Inspeções subaquáticas também
indicaram que havia ocorrido abrasão com exposição de armadura na calha submersa
da bacia de dissipação.
Para a correção dos problemas foram utilizados reparos de concreto e
argamassa, ambos com adição de sílica ativa.
A UHE de Marimbondo também serviu de parâmetro para análise da
argamassa com sílica ativa efetuada por GOULART NETO et al. (1995)24, porque a
sua superfície hidráulica do vertedor apresentou maior desgaste que a estrutura da
UHE de Furnas. O preparo da superfície foi por meio de jateamento de areia e limpeza
completa.
A área reparada de laje do vertedor atingiu 2500 m2, com espessura média de
2,7 cm. Os tipos de cimentos utilizados foram o CP II-E e o CP III. Também não foi
utilizado nenhum adesivo de base epóxi na aplicação.
Foram dosados dois traços-base na UHE de Marimbondo e seus valores estão
expostos na Tabela 9.
68
TABELA 9 - TRAÇOS-BASE DAS ARGAMASSAS – UHE DE MARIMBONDO 24
ARGAMASSA CIMENTO a/Ceq
Sílica
Aditivo
Cimento Areia
Água
Ativa
Superplastificante
69
6,44
A-2
CP III
0,37
548
1288
242
(12,6%)
(1,175%)
46
6,44
A-3
CP II-E
0,40
580
1288
257
(7,93%)
(1,11%)
NOTA: Sílica ativa e superplastificante em relação ao peso de cimento.
UHE DE MARIMBONDO 24
ARGAMASSA
A-2
A-3
2.3.1.6
7 dias
28 dias
90 dias
47,7
66,2
76,1
61,0
69,9
78,7
UHE Chapéu D'Uvas
A UHE Chapéu D'Uvas pertencia ao antigo Ministério da Integração
Regional, hoje Ministério da Integração Nacional. Apesar de suas obras terem iniciado
no ano de 1960, com o intuito de gerar energia, ficaram paradas durante muitos anos
devido a problemas institucionais. Posteriormente, devido à implementação de
indústrias na região, foi necessário regularizar a vazão do Rio Paraibuna e suas obras
foram retomadas e concluídas no ano de 1994 (BARRAGEM, 2000)26.
Apresentando problemas de abrasão em seu vertedor, houve necessidade de
intervenção para reparos. GOULART NETO et al. (1995)24 também avaliaram a
execução de reparos com argamassa com sílica ativa na UHE Chapéu D'Uvas.
A área reparada atingiu 283 m2 de laje com 2,5 cm de espessura. Foi
necessário fazer um plano de recuperação, dividindo o vertedor em 4 trechos. A área
mais danificada era na parte baixa do túnel de descarga, onde a abrasão era acentuada
ficando a armadura exposta, com desplacamento do teto do túnel.
69
O tratamento das superfícies foi realizado com corte com disco diamantado,
remoção das partes danificadas, lavagem com jato de água e ar sob pressão e saturação
mínima de 24 horas.
O cimento utilizado foi o CP III e o preparo da argamassa foi feito com um
misturador acoplado à bomba de projeção via úmida. O acabamento foi apropriado à
superfície hidráulica e, a cura química, feita por intermédio de uma membrana, pois
era mais favorável às condições locais.
As características do traço-base produzido encontram-se na Tabela 11.
TABELA 11 - TRAÇO-BASE DA ARGAMASSA – UHE CHAPÉU D'UVAS 24
ARGAMASSA a/Ceq
Sílica
Aditivo
Cimento Areia
Água
Ativa
Superplastificante
80
6,00
A-4
0,38
580
1320
264
(13,8%)
(1,034%)
peso de cimento.
Para os ensaios de resistência à compressão axial simples foram extraídos
testemunhos de placa moldada por projeção via úmida. Os valores médios dos ensaios
estão dispostos na Tabela 12.
TABELA 12 - RESISTÊNCIAS À COMPRESSÃO AXIAL DA ARGAMASSA
PROJETADA – UHE CHAPÉU D'UVAS 24
ARGAMASSA
A-4
2.3.1.7
RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO
AXIAL (MPa)
28 dias
90 dias
32,3
41,8
UHE de Porto Colômbia
A UHE de Porto Colômbia está localizada no rio Grande, entre os municípios
de Planura-MG e Guairá-SP e foi construída para aproveitar o alto grau de
regularização de descargas, promovido pela UHE de Furnas. A UHE de Porto
Colômbia é a única usina de baixa queda no Sistema FURNAS, um tipo raro no Brasil.
A operação comercial da usina foi iniciada em junho de 1973 (WebFURNAS, 2002)25.
70
O trabalho realizado por GÓZ, GOULART NETO e GALLETTI (1996)27
descreve os serviços de recuperação realizados na usina.
Em 1983, a equipe técnica da CESP realizou inspeções subaquáticas na bacia
de dissipação, que revelaram pequenos desgastes nas superfícies de concreto. Em
1990, nova inspeção mostrou que o problema de desgaste havia se agravado.
Estudos em modelo reduzido feitos por FURNAS indicaram que havia
necessidade de se corrigir imediatamente o problema de abrasão e que uma
modificação no perfil hidráulico do vertedor auxiliaria na diminuição ou extinção da
incidência de processos abrasivos nas estruturas.
2.3.1.7.1 Mudança do perfil hidráulico
A princípio, o vertedor continha chute-blocks e end-sills, que são estruturas
que auxiliam na diminuição do impacto do fluxo d'água. Na Figura 12, detalhe da
acomodação destes componentes é exposto para melhor compreensão da disposição
estrutural (GÓZ; GOULART NETO; GALLETTI, 1996)27.
FIGURA 12 - PERFIL INDICATIVO DAS ESTRUTURAS CHUTE-BLOCK E
END-SILL DO VERTEDOR DA UHE PORTO COLÔMBIA 27
Os autores comentam que, após o estudo do modelo hidráulico reduzido, foi
decidido modificar o perfil hidráulico para melhoria no desempenho hidráulico do
escoamento. Para tal, decidiu-se pela remoção dos chute-blocks e alteração na
inclinação dos end-sills.
71
Os chute-blocks totalizavam o número de 36 e apresentavam alto grau de
desgaste provocados por vórtice, com exposição de armadura e em alguns locais as
mesmas estavam ausentes. Os end-sills, também em quantidade de 36, apresentavam
menor desgaste, mas tiveram sua configuração modificada, para melhorar o
desempenho da bacia de dissipação.
Tanto para a demolição dos chute-blocks quanto para a dos end-sills, foram
utilizados explosivos para remoção inicial, com análise sismográfica das demais
estruturas do vertedor. O uso de rompedores pneumáticos para o corte rente à
superfície da calha do vertedor complementou os serviços de demolição. Em ambas as
estruturas, o corte foi feito deixando-se 5 cm de armadura livre para completo
envolvimento do MR que seria aplicado. O volume total de demolição dos chuteblocks foi de 788 m3 e dos end-sills foi de 706 m3, aproximadamente (GÓZ;
GOULART NETO; GALLETTI, 1996)27.
O traço do concreto para o reparo utilizado na recuperação da superfície do
vertedor nas regiões dos chute-blocks e end-sills é mostrada na Tabela 13.
TABELA 13 - TRAÇO-BASE DO CONCRETO – UHE PORTO COLÔMBIA 27
a/c+s
Cimento (c)
0,455
370
Sílica
Areia
Brita 1
Água
Ativa (s)
30
703
1147
182
(8,11%)
Aditivo
Superplastificante
4,1
(1,11%)
NOTAS: 1) Os percentuais de sílica ativa e aditivo superplastificante são em relação
ao peso de cimento.
2) fator água/(cimento+sílica) = a/c+s)
A execução dos reparos na região dos chute-blocks foi feita com superfície
saturada seca e posterior aplicação de adesivo à base epóxi. O adensamento foi
mecânico com vibrador de imersão.
Na bacia de dissipação, não foi utilizado adesivo, sendo que o material foi
descarregado por equipamento mecânico na superfície saturada seca, executado em
duas camadas. Por se tratar de superfície inclinada, foram feitas fôrmas de madeira
como suporte para vibração.
72
O acabamento em ambas as regiões, foi feito com sarrafeamento com réguas
de madeira, configurando geometricamente o padrão e a superfície para superfícies
hidráulicas sujeitas a altas velocidades. A cura foi à água na região dos end-sills e com
membrana química na região dos chute-blocks.
O controle de resistência à compressão do concreto de reparo está disposto
na Tabela 14.
TABELA 14 - RESISTÊNCIAS À COMPRESSÃO AXIAL DO CONCRETO – UHE
PORTO COLÔMBIA 27
7 dias
28 dias
90 dias
30,61
48,11
54,31
Após a realização dos serviços de demolição e reparo das superfícies, o perfil
do vertedor ficou como indica a Figura 13.
FIGURA 13 - PERFIL INDICATIVO DA REMOÇÃO DOS CHUTE-BLOCKS E
END-SILLS DO VERTEDOR DA UHE PORTO COLÔMBIA 27
2.3.1.7.2 Recuperação da laje do vertedor
GOULART NETO et al. (1995)24 a avaliaram o desempenho da argamassa
com sílica ativa na UHE de Porto Colômbia.
A área recuperada foi menor e ficou em torno de 500 m2, com espessura
média de 2 cm. O preparo da superfície foi por meio de jateamento de água e areia sob
alta pressão, com desgaste regular. Posteriormente, foi realizada limpeza completa da
73
área a ser reparada. Também não foi utilizado nenhum adesivo de base epóxi na
aplicação. O tipo de cimento utilizado foi o CP III e somente um tipo de traço foi
dosado. As características do traço produzido encontram-se na Tabela 15.
TABELA 15 - TRAÇO-BASE DA ARGAMASSA – UHE DE PORTO COLÔMBIA 24
ARGAMASSA a/c
Sílica
Aditivo
Cimento Areia
Água
Ativa
Superplastificante
69
9,66
A-3
0,37
548
1288
242
(12,6%)
(1,763%)
peso de cimento.
A aplicação do MR foi feita com equipamento específico para projeção de
argamassa via úmida. O acabamento proporcionou à superfície hidráulica as
características necessárias para o bom vertimento do fluxo sob alta velocidade. A cura
úmida foi mantida por 14 dias.
UHE DE PORTO COLÔMBIA 24
ARGAMASSA
A-3
2.3.1.8
7 dias
28 dias
90 dias
39,0
54,4
67,7
UHE Lajeado
A UHE Luís Eduardo Magalhães, conhecida como UHE Lajeado, está
localizada no estado de Tocantins, na divisa dos municípios de Miracema do Tocantins
e Lajeado, no Rio Tocantins.
No trabalho realizado por VIEIRA JÚNIOR, PEREIRA e KUPERMAN
(2000)28 são enfocadas especificações de material para suportar danos à estrutura como
um todo. Na região das superfícies hidráulicas, sujeitas a danos por erosão e cavitação,
além de adequação favorável do perfil hidráulico, importantes considerações quanto à
especificação do traço de concreto foram enfatizadas. A resistência característica do
74
concreto fck superior a 30 MPa aos 28 dias de idade, com fator a/c em torno de 0,45 e
φmáx agregado de 25 mm. Tais características correspondem ao material de
revestimento da estrutura, em espessuras compreendidas entre 0,5 e 1,0 m. Além disto,
a minimização das possibilidades de ocorrência de cavitação foi mantida pelo
estabelecimento de tolerâncias rígidas quanto às irregularidades abruptas e graduais da
superfície hidráulica.
2.3.1.9
UHE Camargos
A UHE Camargos situa-se entre os municípios de Itutinga e Nazareno, no
Alto Rio Grande, estado de Minas Gerais e teve suas atividades iniciadas em 1960.
MORISHAITA, GONÇALVES e OLIVEIRA (1992)29 verificaram danos
por abrasão na calha submersa por inspeções subaquáticas, com progressão da
deterioração entre 1984 e 1991. Foram descobertas cavidades de até 2,5 m de
profundidade com regiões apresentando armaduras expostas.
Estudos feitos por especialistas na época das inspeções demonstraram que o
processo abrasivo ocorreu devido ao transporte de detritos trazidos à calha por
correntes de retorno. Ainda, salienta-se que outro fator agravante para a abrasão nas
estruturas foi a utilização de φmáx agregado superior a 19 mm.
Para a recuperação da calha foram usados concretos e argamassas mais
resistentes aos efeitos de alta pressão e velocidade causados pela operação das
comportas e válvulas de fundo. Os concretos e argamassas foram elaborados com
sílica ativa, baixa relação a/c, alto consumo de cimento e uso de aditivos
superplastificantes. Tais características de dosagem resultaram materiais de reparo
com boa aderência, baixa permeabilidade, alta resistência a poucas idades, além de
boas condições de trabalhabilidade. O uso de argamassa epoxídica foi cogitado, porém
pela falta de conhecimento de seu desempenho e pela necessidade de urgência na
execução dos reparos e economia, optou-se pelo uso da sílica ativa.
Os serviços de recuperação incluíram a retirada de entulhos e material solto
75
da calha, remoção do concreto deteriorado e limpeza da região com jato de areia. O
período de trabalho foi de agosto a novembro de 1991.
O desempenho dos MRs foram verificados em inspeção subaquática
posterior (março de 1992). Foram observadas pequenas erosões em uma superfície de
1 m2, com cavidades de até 15 cm de profundidade. Também houve desplacamento da
argamassa de alta resistência em área de 60 m2. Concluiu-se que os reparos tiveram
bom desempenho e que os defeitos observados foram causados por problemas de
execução durante a aplicação.
2.3.2
Barragens Situadas nos Estados Unidos
MCDONALD e LIU (1979)14 descrevem problemas de abrasão ocasionados,
principalmente, em vertedores e bacias de dissipação de algumas barragens situadas
nos Estados Unidos, devidos ao carregamento de detritos e destroços pela água.
Foram avaliadas 54 estruturas com evidência de abrasão em suas superfícies,
e a profundidade dos desgastes variou de 0,5 a 1,8 m. Trinta e três destas estruturas
foram reparadas, sendo que mais de 70% dos reparos ocorreu a partir de 1970.
De maneira geral, os tipos de MRs utilizados variaram desde concreto
armado à instalação de placas de aço, aplicação de argamassas epoxídicas, concreto
com fibras de aço e concretos de baixo e alto módulos de deformação, com grande
variação em seus graus de desempenho.
No trabalho, são descritos procedimentos básicos de preparo da superfície a
ser reparada, com remoção de entulhos e restos de materiais, rochas e lama, limpeza
com jatos de água, seguida de jateamento com areia, remoção do concreto deteriorado
com martelete até o encontro de uma superfície de boa resistência e de ancoragem para
o emprego do MR.
76
2.3.2.1
Barragem Old River
Na estrutura hidráulica da soleira do vertedor da barragem de Old River,
diversos tipos de reparos foram propostos, sendo determinada a instalação de placas de
aço ancoradas ao final da soleira para a superfície das lajes, diretamente posicionadas à
montante da linha dos blocos das comportas. Trinta módulos similares foram
instalados com 7,3 m de comprimento, larguras variando entre 1,0 e 6,7 m e espessura
de 13 mm. Placas-diafragma colocadas na posição vertical foram soldadas às placas
horizontais para fortalecer a estrutura e servir de suporte para enchimento inferior de
grout, contendo fibras de aço de 25 mm de comprimento.
Em inspeção posterior (8 meses após), verificaram que 7 dos módulos
instalados tinham porções perdidas, compreendendo a perdas entre 20 e 100% em área
superficial. Na ocasião, foram localizados parafusos de ancoragem levantados e
arrancados do interior de orifícios com grout. Não foi evidenciada erosão significativa
na superfície reparada.
Após dois anos, em nova inspeção, foi constatado que mais placas haviam
sido rasgadas de quatro dos módulos já danificados e outros nove mostravam danos.
Não foi constatada erosão na superfície do onde foi aplicado grout com fibras de aço.
2.3.2.2
Barragem Pomona
A barragem de Pomona situa-se na localidade de Vassar, estado de Kansas,
região central dos Estados Unidos (OUTSIDE ON LINE, 2002)30.
O concreto original da barragem Pomona foi estabelecido com resistência
característica fck de 34 MPa, aos 28 dias. O concreto das lajes da bacia de dissipação e
de transição foi produzido com areia natural do rio Kansas e pedra calcária com
tamanho máximo de 38 mm.
Foi constatada abrasão na bacia de dissipação seis anos após o início da
operação da barragem e sua causa foi devida à ação abrasiva de rochas e outros
77
materiais arrastados pelo fluxo d'água, na face jusante ao final da laje de transição e
sobre 1/3 da laje à montante. Inspeção posterior revelou significativa ação abrasiva
com exposição da armadura. Modificações na espessura da laje a 3/4 à montante da
bacia de dissipação foram recomendadas, resultando em fortalecimento superficial
para a área de maior abrasão e no surgimento de uma depressão na face à jusante da
bacia para captura dos escombros.
Depois de determinado período, outra inspeção revelou abrasão superficial
menos intensa. A recuperação da área erodida foi realizada com a aplicação de
argamassa epoxídica sobre uma superfície previamente preparada com jateamento com
areia, até o surgimento de cerca de 50% dos agregados, e aplicação de primer com
adesivo da própria resina. As especificações requeriam que o recobrimento com a
argamassa epoxídica fosse mantido seco e a aproximadamente 16 ºC, por uma semana.
Em nova vistoria local foi constatado que não havia dano visível causado por
abrasão, mas sim, a presença de trincas em diversas áreas das lajes e em uma das
quais, falta de aderência da camada de recobrimento da argamassa ao concreto. A
remoção da cobertura (cerca de 2,3 m2) mostrou que o plano de falha se encontrava na
região do concreto, a cerca de 19 mm de profundidade. Novo reparo na região
consistiu na aplicação de argamassa epoxídica de baixo módulo, feita com mistura da
resina epóxi com aproximadamente 3 partes e 1/4 de areia para uma parte de resina.
2.3.2.3
Barragem Enid
A barragem Enid localiza-se ao norte do estado do Mississipi, Estados
Unidos (RESERVE AMERICA, 2002)31. Nesta barragem, foram necessários reparos
das superfícies erodidas que seguiram os procedimentos:
I. preparo da superfície:
- retirada da lama, água e escombros da superfície erodida da bacia de
dissipação, com mangueira e escavadeira;
- lavagem e jateamento com areia;
78
- remoção do concreto deteriorado, com martelete;
- secagem; e
- aplicação de adesivo epóxi sobre a superfície tratada.
II. aplicação de concreto e argamassa de reparo:
- concreto com φmáx agregado 19 mm e fck28 de 28 MPa, para
preenchimento da superfície erodida com profundidade máx. de 305 mm;
- a cura foi efetuada sob filme de polietileno por 3 dias. Após a cura, o
polietileno foi removido e um ligeiro desbaste superficial foi feito com
jateamento de areia, para produção de uma superfície rugosa;
- sobre a superfície foi aplicada uma leve camada de cobertura em resina
epóxi, seguida de uma argamassa epoxídica selante e durável. Esta
argamassa consistiu de uma parte de resina epóxi para três partes de
areia, produzida com misturador; e
- a superfície dos pilares dos defletores foi preparada similarmente à
anterior e logo após o seu preparo, aplicou-se adesivo epóxi e reboco de
argamassa epoxídica com espessuras de 6 mm nas áreas não erodidas e,
nas áreas erodidas, a camada foi aplicada até restaurar a superfície do
pilar nas dimensões originais.
Inspeções após 2 anos da realização dos serviços de recuperação, o reparo de
argamassa epoxídica indicou boas resistências à abrasão e de aderência sobre o
concreto. Nas áreas de grande abrasão, anterior ao reparo efetuado, pequenas regiões
erodidas (com profundidades de até 13 mm) foram encontradas à montante dos
defletores e na parede do vertedor.
2.3.2.4
Barragem Webbers Falls
A barragem Webber Falls localiza-se no município de Muskogee, estado de
Oklahoma, Estados Unidos.
Nesta barragem foram feitos reparos das superfícies erodidas da bacia de
79
dissipação, com concreto com consumo de cimento de 446 kg/m3, teor de água para a
obtenção de abatimento entre 127 a 203 mm, e água de amassamento aquecida a
66 oC, para compensar a temperatura ambiente da água do rio.
2.3.2.5
Barragem Kinzua
A barragem de Kinzua está situada no estado de Pennsylvania, Estados
Unidos.
A metodologia de preparo das superfícies erodidas de concreto obedeceram
aos procedimentos concernentes a cada tipo de estrutura, como segue:
a) bacia de dissipação
- limpeza por lavagem com água ou jateamento úmido com areia;
- fixação de chumbadores;
- as regiões mais profundas foram parcialmente preenchidas com concreto
de f ck28 de 21 MPa; e
- a cobertura da camada foi feita com mistura de concreto com fibras de
aço, de 25 mm de comprimento, na proporção equivalente a resultar
resistência à compressão axial de 41 MPa e resistência à tração na flexão
de 6 MPa. Anterior à cobertura desta camada, usou-se adesivo epóxi de
alto módulo.
b) pilares dos defletores:
- procedimento de limpeza e preparo superficial similar ao da bacia de
dissipação;
- chumbadores foram colocados e pintados com adesivo epóxi;
- na frente dos defletores foi utilizado concreto armado e com adição
fibras de aço;
- nas arestas dos defletores foram colocadas cantoneiras metálicas;
- para cobertura final em todas as faces das estruturas, foi usada argamassa
epoxídica, cuja proporção foi de 1:1 (resina : areia); e
80
- a mesma argamassa foi utilizada para o reparo da superfície da laje do
vertedor, em uma espessura média de 13 mm.
Em inspeção técnica realizada após um ano da recuperação, observou-se que
houve pouca ação abrasiva nos defletores e no revestimento circundante. Porém, na
base do vertedor, onde houve grande área reparada com argamassa epoxídica,
aproximadamente 34 m3 de reparo foram arrancados devido à ação dos escombros.
Seis meses após, em nova inspeção, detectou-se abrasão em 5 defletores e
nas áreas do piso à jusante dos mesmos. Trincheiras ao redor dos defletores tinham
profundidades entre 10 e 30 cm. A cobertura de concreto com fibras de aço à montante
dos defletores apresentou diversas áreas de abrasão, com profundidades de 13 a 43 cm.
Novamente, nas áreas reparadas com argamassa epoxídica na região baixa do vertedor,
os reparos haviam se soltado e nova quantidade de escombros foi retirada da bacia de
dissipação. A erosão foi amenizada com aberturas controladas das comportas.
2.3.2.6
Comentários gerais
Dos trabalhos de reparos executados nas diversas barragens citadas e
constantes no trabalho, os autores MCDONALD e LIU (1979)14, concluíram que:
Ò placas de aço, possuem boa resistência à abrasão, sendo que para
resistir às forças atuantes criadas pelo fluxo de água (levantamento,
vibrações, etc.), é necessária boa qualidade da ancoragem e aderência
ao concreto do substrato;
Ò concreto convencional e com fibras de aço, quando comparados com
argamassa e concreto contendo resina epóxi, apresentam desempenho
inferior, sendo que os dois últimos pareceram resistir bem às condições
de abrasão impostas. O desempenho da argamassa epoxídica é pior sob
condições atmosféricas, cura e processamento não controlados, como
temperatura ambiente, umidade, preparo superficial, entre outros.
Algumas trincas e falhas de aderência foram observadas em alguns
81
reparos de argamassa epoxídica, porém, correlacionaram-se tais danos à
falha no preparo do material e de sua aplicação;
Ò concreto com fibras de aço resultou em pouca erosão, ficando a média
de desgaste em torno de 5 e 7,5 cm, após um ano do reparo. Pode-se
afirmar que condições impostas não foram tão agressivas no período.
Os autores consideraram fundamental o cuidado com os materiais de base,
juntas de construção, escolha e produção dos MRs. O concreto com fibras de aço é
recomendado para superfícies erodidas com profundidades mínimas de 38 cm.
2.4 MATERIAIS DE REPARO - MRs
Teoricamente, o concreto convencional é o material mais acessível quanto a
características de custo e compatibilidade com os concretos aplicados nas estruturas.
Porém, devido à necessidade de se reparar áreas com materiais que possuam
características de desempenho melhores que as do concreto convencional, surge a
necessidade do estudo da compatibilidade entre materiais. Estes materiais devem ser
compatíveis com o concreto existente, mantendo algumas propriedades básicas como
resistência à compressão axial, coeficiente de dilatação térmica e módulo de
deformação.
Entre os diversos materiais utilizados em reparos de EHC que sofreram
abrasão, destacam-se as argamassas com sílica ativa, epoxídica e polimérica e concreto
com fibras de aço.
2.4.1
2.4.1.1
Argamassa com Sílica Ativa
Sílica ativa
A sílica ativa é um subproduto derivado da fabricação de silício ou de ligas
ferro-silício, entre outros, em forno elétrico de eletrodos de arco submerso. O gás SiO
82
resultante, se oxida e condensa na forma de partículas esféricas extremamente
pequenas de SiO2 amorfa. Nesta forma amorfa, material vítreo, as partículas são
extremamente reativas e o pequeno tamanho relativo das partículas facilita à reação
química com o Ca(OH) 2 produzido na hidratação do cimento Portland (NEVILLE,
1997, p. 104)5.
Segundo a norma ASTM C1240/9732, em termos de composição química, os
requisitos recomendados estão dispostos na Tabela 17.
TABELA 17 - VALORES LIMITES DA COMPOSIÇÃO DA SÍLICA ATIVA PELA
NORMA ASTM C1240/9732
ELEMENTO
teor mínimo de SiO 2 (%)
teor máximo de mistura (%)
perda máxima ao fogo (%)
álcalis máximo disponível (%)
φ médio das partículas (µm)*
área específica (m2 /kg)
pH de suspensão estabilizada
QUANTIDADE
85
3
6
1,5
0,03 a 0,3
20.000
5,5
NOTA: *o φ médio é tipicamente menor do que 0,1 µm, na maioria dos casos.
2.4.1.2
Definição e características
Para materiais como a argamassa e o concreto de cimento Portland, a adição
da sílica ativa pode proporcionar melhorias em suas características como alta
resistência à compressão e baixa permeabilidade. Salienta-se que a sílica ativa foi
inicialmente utilizada como simples aditivo, por sua ação ser similar ao efeito
pozolânico.
O aumento de resistência é devido à alta reação da sílica com o Ca(OH) 2 da
pasta de cimento e a baixa permeabilidade é devida ao preenchimento de vazios,
ocupados agora pelas finíssimas partículas de sílica. As partículas de sílica são 100
vezes menores que as de cimento (NEVILLE, 1997, p. 655)5.
BABU e PRAKASH (1995)33 salientam que o estudo da sílica ativa vem
ganhando cada vez mais importância, pois é crescente o interesse de que concretos de
elevadas resistências sejam produzidos. Porém, observa-se que a eficiência da sílica
83
ativa no concreto não é constante em todas as porcentagens de adição. Os mesmos
autores afirmam que estudos demonstram que a contribuição da sílica na resistência do
concreto não depende de sua quantidade e que sua interferência é dependente do tipo
de cimento, do fator a/c e das condições de cura.
Ainda existem muitas dúvidas sobre o real comportamento da sílica no
concreto, porém, é válido salientar que muitas qualidades são otimizadas com o seu
uso. A diminuição da permeabilidade é uma delas, se as condições de cura e
temperatura forem adequadas. Mas, além desses benefícios, existe o efeito físico da
capacidade das partículas de sílica se posicionarem bem próximo à interface
pasta/agregado.
Outro benefício trazido pela baixa permeabilidade é diminuição da
probabilidade de difusão de íons cloreto. Se o concreto tiver um elevado fator a/c, a
presença da sílica só tem a desfavorecer a penetração desses íons. Quanto aos sulfatos,
a agressividade também é menor, pois a sílica interfere no processo de formação de
hidróxido de cálcio e de alumina, que são incorporadas ao CSH.
A resistência à abrasão dos materiais cimentíceos também é melhorada se o
concreto contiver sílica, pois ela intervém na exsudação, fazendo com que uma
camada enfraquecida não se forme, além de que há maior coesão entre a pasta de
cimento e os agregados. Portanto, não ocorre um grande desgaste superficial, nem há
um afrouxamento dos agregados.
Resumidamente, o esquema da Figura 14 indica o processo de atuação da
sílica ativa e suas conseqüências benéficas.
FIGURA 14 - ESQUEMA DE AÇÃO DA SÍLICA ATIVA EM MA TERIAIS
34
CIMENTÍCEOS (GAIOFATTO; CARDOSO; TARSO, 1996)
84
2.4.1.2.1 Atividade da sílica ativa em materiais cimentíceos
Conforme explanado no trabalho de PU (1999)35, a atividade da sílica ativa é
dada em função da reação da sílica com o Ca(OH) 2 do cimento hidratado (efeito
pozolânico), para a obtenção do produto CSH, da seguinte forma:
xS + yCH + zH → CySxHy+z
Segundo PAPADAKIS (1999)36, a reação se processa sem a participação de
água adicional, portanto o sub-índice z = 0.
A estequiometria da reação se dá pela razão dos sub-índices (y/x) igual a 1,5,
obtendo-se como resultado, a seguinte reação estequiométrica:
2S + 3CH → C3S2H3 ,
ou seja, produto similar ao da hidratação das fases C3S e C2 S.
Substituindo quantidades equivalentes de sílica ativa por agregado ou
cimento, PAPADAKIS (1999)36 obteve aumento significativo na resistência mecânica
final. O ganho em resistência, com substituição em 10% em massa de sílica ativa por
agregado, foi de 20%, após um ano. Por gráficos apresentados pelo autor,
concentrações superiores de sílica ativa não resultaram em ganhos significativos de
resistência mecânica.
Apesar do aumento em resistência alcançado, pela substituição de teores de
sílica ativa pela quantidade equivalente de cimento, o rendimento diminuiu quando a
substituição em peso foi efetuada em termos de agregado.
Em ambos os casos, houve significativa melhora das propriedades finais do
concreto, medidas em função do aumento do teor de sílica ativa.
No trabalho de PU (1999)35, a máxima resistência devida ao efeito
pozolânico, foi alcançada aos 28 dias.
A sílica ativa também tem efeito de carga, por ser extremamente fina
ocupando vazios no interior da massa de concreto, conferindo um maior adensamento
ou compactação e, dessa forma, melhorando a impermeabilidade e a resistência
mecânica final (SILVA; SILVA FILHO; AZEVEDO, 1996)37.
85
2.4.1.3
A influência da sílica ativa na resistência à compressão de argamassas e em
pastas de cimento
Em estudo realizado por TOUTANJI e EL-KORCHI (1995)38, foram
ensaiados CPs de argamassa e pasta de cimento contendo sílica ativa e
superplastificantes. A adição de sílica resultou em um aumento considerável na
resistência à compressão da argamassa, fato este que não ocorreu com a pasta.
Concluiu-se que a sílica proporciona uma melhor aderência entre a matriz e os
agregados.
O uso de superplastificante, juntamente com a sílica ativa, é mais efetivo na
argamassa do que na pasta. Este fato pode ser atribuído à melhor dispersão das
partículas de sílica na argamassa, devido à presença dos agregados.
Os autores utilizaram cinco diferentes fatores a/c: 0,22; 0,25; 0,28; 0,31 e
0,34, e dois teores de sílica em pó, 16 e 25% em substituição ao peso de cimento. Foi
utilizado cimento Portland CP II, e o superplastificante com base de naftaleno, em
todas as composições. O traço das argamassas foi de 1:4.
No caso das pastas, a sílica não parece ter influência no aumento da
resistência à compressão. O valor da resistência da pasta de relação a/c 0,22 decresceu
em relação à de controle. As reduções foram de 8% na pasta com 16% de sílica e de
12% para a pasta com 25% de sílica. Isto pode ter acontecido por falta de água na
mistura, limitando o efeito pozolânico, assim, reduzindo a resistência da sílica na
pasta. Apesar de ter sido adicionada uma quantidade de superplastificante além da
recomendada, notou-se falta de trabalhabilidade.
Já para as argamassas, todas tiveram aumento em suas resistências. A de
melhor desempenho foi a com fator a/c 0,22.
Com o estudo, ficou explícita a influência da sílica na resistência à
compressão. Sem, sílica, as resistências das pastas foram maiores do que as das
argamassas. Já com a sílica, as resistências das argamassas foi maior do que as das
pastas, pois ela faz com que a aderência entre pasta e agregados seja maior.
86
2.4.1.4
Resistência à abrasão por substituição dos agregados miúdos por teores
equivalentes de sílica ativa
GHAFOORI e DIAWARA (1999)39 concluíram que a resistência à abrasão
de concreto contendo teores de sílica foi aumentada, com substituição em teores
equivalentes de agregado miúdo em até 10%. Após este teor, a resistência mecânica
resultante foi gradualmente diminuída. Após 28 e 91 dias de cura úmida, a adição de
10% de sílica ativa ao concreto melhorou a resistência à abrasão do mesmo em 49 e
51%, respectivamente, quando comparado ao mesmo material sem a sílica ativa. O
aumento do teor de sílica ativa no concreto resultou mais significativo no aumento da
resistência à abrasão do que na resistência à compressão.
Como observado, foram obtidos resultados qualitativos similares aos do
trabalho de PAPADAKIS (1999)36, ou seja, com teor de sílica ativa em torno de 10%
em peso. No referido trabalho, o teste de abrasão foi baseado na norma ASTM
C779/7640, procedimento C, marcando-se no final do ensaio a profundidade do
desgaste. Um índice, denominado Índice de Abrasão (IA) foi obtido pela razão entre a
raiz quadrada do número de ciclos pela correspondente profundidade de desgaste.
GHAFOORI e DIAWARA (1999)39 encontraram significativa correlação
entre a profundidade de desgaste com a resistência à compressão.
2.4.1.5
Estudos de desempenho de argamassas e concretos com sílica ativa
WERNER JÚNIOR et al. (1995)41 estudaram dosagens utilizando concretos
com e sem sílica ativa, dois tipos de cimento e tamanhos de agregados variando de 19
a 100 mm de diâmetro, para aplicação nas UHE Serra da Mesa e Corumbá I, chegando
às seguintes considerações:
Ò o custo foi equivalente ao do concreto sem adição;
Ò a sílica ativa contribuiu para a diminuição da reatividade potencial do
agregado;
87
Ò a mistura do concreto na obra foi similar à do concreto convencional e a
trabalhabilidade melhorou com a adição da sílica ativa;
Ò a relação média entre os consumos de cimento e sílica ativa variou entre
5,5% e 8%, sendo, em volume absoluto em 8 e 10%;
Ò a resistência mecânica aumentou com o aumento da adição da sílica
ativa.
GAIOFATTO, CARDOSO e TARSO (1996)34 desenvolveram estudos em
concretos de alto desempenho - CAD, nos quais foram utilizados 5 a 15% de sílica
ativa com 1 a 3% de superplastificantes, em substituição de parte equivalente do
cimento. A sílica ativa utilizada foi a líquida de consistência pastosa, que além da
sílica, contém plastificantes e dispersantes em sua composição. O cimento utilizado foi
o CP II-F e seu consumo variou de 304 a 546 kg/m3. A areia adicionada foi de rio,
lavada e britas 0 e 1 misturadas.
Nos procedimentos de dosagem, os autores ressaltaram a necessidade de se
aguardar o tempo necessário para a atuação do superplastificante, período de tempo
para a completa molhabilidade e homogeneização da mistura para que após, fosse
adicionada a sílica ativa que, devido à sua excessiva finura, tende a se aglutinar. A
cura foi feita por meio de pintura química, para diminuir os efeitos da retração.
Como ilustração, apresenta-se na Tabela 18, alguns dos resultados obtidos
nos ensaios de resistência à compressão axial simples.
TABELA 18 - RESISTÊNCIAS À COMPRESSÃO
UTILIZANDO-SE SÍLICA LÍQUIDA 34
AXIAL
ENSAIO
nº
CONSUMO
DE CIMENTO
(kg/m3 )
a/c
SÍLICA
ATIVA (%)
ADITIVO
SUPERPLAST. (%)
21
22
30
31
326,90
543,25
546,22
465,12
0,47
0,29
0,28
0,33
6,0
6,0
9,5
2,5
2,5
2,5
2,5
DOS
CADs
RESISTÊNCIA À
COMPRESSÃO
(MPa)
3 dias
7 dias
21,0
28,5
40,0
43,0
34,0
37,0
38,0
43,0
88
No estudo elaborado por MORENO JÚNIOR e ISA (2000)42, foram
avaliadas as propriedades de concreto fresco e endurecido, contendo teores de sílica
ativa nas proporções de 6, 8 e 10% e 2 litros de superplastificante por 100 kg de
concreto. Utilizou-se cimento CP II-E com fck28 de 36 MPa e relação a/c de 0,50 l/kg,
no concreto referência.
No estado fresco, os autores observaram que:
Ò a massa específica dos concretos cresceu nas proporções de 2,2, 2,5 e
2,8%, respectivamente, com o aumento do teor de sílica ativa na mistura
(mostrando o efeito de carga, filler);
Ò o teor de ar incorporado reduziu com o aumento do teor de sílica ativa
nas proporções de 0,1; 0,3 e 0,4%, respectivamente. Novamente, podese explicar tal redução com o poder de adensamento da sílica ativa;
Ò o tempo de início de pega aumentou acima de 20% com a sílica ativa.
E no estado endurecido, tiveram como resultados:
Ò a resistência à compressão dos concretos com adições de sílica ativa
teve acréscimo de até 100%, sendo que a composição com 8% de sílica
ativa foi a que apresentou o melhor desempenho;
Ò a resistência à tração por compressão diametral média foi aumentada em
até 60% com a adição de sílica ativa, quando comparado ao concreto
referência, e a composição com 8% de sílica foi a de melhor
desempenho;
Ò sensíveis reduções no resultado dos ensaios de absorção de água, índice
de vazios e massa específica foram verificados (acima de 60% de
redução no teor de absorção de água) com a adição de sílica ativa,
confirmando o efeito de adensamento proporcionado pelo material de
adição.
A adição de sílica ativa demonstrou aumentar a fragilidade do concreto,
tornando-se mais quebradiço, quando comparado ao concreto-referência.
89
O resumo das dosagens está na Tabela 19, juntamente com os resultados dos
ensaios de resistência à compressão.
TABELA 19 - TRAÇOS DOS CONCRETOS UTILIZADOS E RESISTÊNCIA À
COMPRESSÃO AXIAL 42
DOSAGEM
Concreto 1
Concreto 2
Concreto 3
Referência
SÍLICA
ADITIVO
ATIVA (%) SUPERPLAST. (%)
1 : 1,62 : 2,6 : 0,272
6,0
2,5
1 : 1,62 : 2,6 : 0,280
8,0
2,6
1 : 1,62 : 2,6 : 0,284
10,0
2,6
1 : 1,62 : 2,6 : 0,5
TRAÇO
RESISTÊNCIA À
COMPRESSÃO (MPa)
62,0
79,4
61,8
39,8
De uma forma geral, o trabalho de MORENO JÚNIOR e ISA (2000)42 é
mais uma experiência que vem a confirmar que o teor ideal de sílica ativa está no
intervalo de 8 a 10%.
LAM, WONG e POON (1998)43, trabalhando com misturas contendo 5% de
sílica ativa, aditivo redutor de água à base de naftaleno (relação a/c entre 0,3 e 0,4) e
brita 0 (para melhorar a trabalhabilidade do concreto), obtiveram significante melhora
no desempenho da resistência à compressão axial dos CPs. Tal como MORENO
JÚNIOR e ISA (2000)42 verificaram tendência à fragilidade do material com a mistura.
ALEXANDER e MAGEE (1999)44 trabalharam com composições contendo
5 e 10% de sílica ativa tanto por adição quanto por substituição por quantidades
equivalentes de cimento para verificar o desempenho e a durabilidade. A máxima
resistência resultante e, também, o maior índice de durabilidade, foram obtidos com a
composição com adição de 10% em peso ao concreto (sem substituir pelo cimento).
Estes desempenhos diminuíram com a cura a seco, para todas as composições.
2.4.1.6
Estudo das propriedades de ruptura do concreto de alta resistência, com
variações nas quantidades de sílica ativa e agregados
No trabalho realizado por ZHOU, BARR e LYDON (1995)45, o mecanismo
de fratura do concreto de alta resistência é estudado, variando-se o fator a/c com
valores de 0,23 e 0,32, a adição de sílica ativa com 10 e 15% em substituição ao
90
cimento, conjuntamente com dois tipos de agregados: pedregulho de φmáx 10 mm, e
agregado calcário com dois φmáx: 10 e 20 mm.
A sílica utilizada foi em forma de pasta (50% de solução aquosa), nos teores
de 10 e 15% do total de cimento. O cimento foi o Portland comum, com consumo
variando de 454 e 547 kg/m3. Foi adicionado superplastificante com base de naftaleno.
Foram moldadas vigas de (10 x 10 x 50) cm com o material de cada
dosagem. Após um dia, tais vigas foram desmoldadas e armazenadas em um tanque
com água, até a idade de ensaio (91 dias). Foi feita uma fenda no centro de cada uma
delas, para que fossem colados os strain gages.
Cada viga foi ensaiada à flexão em três pontos para determinação da energia
de fratura, módulo de Young, fator crítico de intensidade de resistência (KIc) e
deslocamento crítico de abertura de fissura (CTDO C). Então, as metades foram
ensaiadas à compressão e à tração.
Observou-se que a mudança na quantidade de sílica ativa de 10 para 15% não
afetou a resistência à compressão para o fator a/c+s de 0,23. Mas, houve uma diferença
maior nos valores das resistências quando o fator a/c+s foi de 0,32. Outras
experiências demonstraram que a sílica ativa proporciona maior contribuição na
resistência à compressão de concretos com baixa resistência do que nos com alta
resistência. Portanto, a quantidade de sílica ativa pode ser reduzida quando dosado um
concreto com baixo fator a/c+s.
Duas das composições com φmáx 10 mm (pedregulho e calcário), produziram
resistências muito próximas. Isto deve acontecer pelo fato de que, a aderência entre a
matriz e os agregados, se manifesta de maneira muito similar. Já o concreto, com φmáx
agregado 19 mm, proporcionou os maiores valores de resistência, em ambos fatores
a/c+s. Segundo ZHOU, BARR e LYDON (1995)45, a resistência pode ser reduzida
quando o tamanho do agregado graúdo, ou é muito grande ou é muito pequeno, e que o
tamanho ótimo do agregado deve ser determinado na dosagem.
A energia de fratura foi maior nos concretos com pedregulho do que
91
naqueles com agregados calcários, e para um mesmo φmáx. Analisando-se os
resultados, isto pode ocorrer se a aderência entre a matriz e os dois agregados é similar
e, por esta razão, a energia de fratura do concreto com pedregulho será maior devido a
resistência superior do pedregulho. ZHOU, BARR e LYDON (1995)45 comentam que,
quanto maior o agregado, aumenta-se a energia de fratura, para concretos comuns. E
esta conclusão também pode ser estendida para os concretos de alta resistência.
Observou-se também que, a energia de fratura teve um acréscimo, tanto para
o concreto com pedregulho como para o com agregado calcário de 20 mm, com a
diminuição do fator a/c+s. No entanto, aconteceu o inverso com o concreto com
agregado calcário de 10 mm, pois a energia diminuiu com o fator variando de 0,32
para 0,23. Isto pode ser devido à melhora na aderência que resulta antes do
desenvolvimento completo da fratura do agregado.
A resistência à flexão foi determinada na fenda feita nas vigas,
preferencialmente do que na parte não chanfrada. Conseqüentemente, os valores
obtidos são menores do que os reais. A razão entre resistência à tração e resistência à
flexão ficou em torno de 1,3 e 1,7.
As principais conclusões dos autores foram:
Ò o aumento de sílica ativa de 10 para 15%, em substituição ao cimento,
teve mais efeito na resistência à compressão dos concretos com fator a/c
mais elevado. Tanto o concreto com pedregulho quanto o com calcário
de φmáx 10 mm obtiveram resistências similares. O aumento no tamanho
do agregado de calcário também aumentou a resistência à compressão;
Ò a resistência à tração dos concretos ensaiados foi apenas 5% do valor
da resistência à compressão, sendo que, para um concreto convencional,
este percentual é de 10%; e
Ò a energia de fratura aumenta com o aumento do tamanho e dureza do
agregado.
92
2.4.2
Materiais Poliméricos
Existem três tipos básicos de composições de concretos e argamassas
contendo polímeros, segundo o manual do ACI INTERNATIONAL (1999)7:
- concreto/argamassa impregnados de polímero;
- concreto/argamassa modificados com polímero; e
- concreto/argamassa poliméricos.
2.4.2.1
Concreto/argamassa impregnados de polímero
Concreto impregnado de polímero é um concreto de cimento Portland
hidratado no qual se impregna um monômero, para posterior polimerização. O
monômero mais utilizado é o metil-metacrilato. Geralmente, são feitas aplicações de
1,5 a 2,5%, em peso e espessuras de 6 a 38 mm. O uso deste material faz com que se
consiga uma boa durabilidade para as estruturas.
A grande vantagem para seu uso é que possui compatibilidade com quase
todos os tipos de concreto. Possui boa resistência à abrasão e à penetração, é resistente
à ação da água, ácidos e sais. O concreto impregnado de polímero pode ser aplicado
em estruturas já existentes para que haja um aumento da durabilidade, redução nos
custos com manutenção e na restauração de concreto deteriorado.
Se o concreto já tiver sido exposto a agentes agressivos, a aplicação não
sanará os problemas que já possam ter iniciado. Fissuras não são vedadas e servirão de
caminho para os agentes agressivos.
2.4.2.2
Concreto/argamassa mo dificados com polímero
O concreto e a argamassa modificados com polímero são conhecidos como
uma combinação de cimento, agregados e polímeros orgânicos que são dispersos em
água. Esta dispersão é chamada de látex e o polímero orgânico é uma substância
composta por inúmeras moléculas simples combinadas em grandes moléculas. As
93
moléculas simples são os monômeros e a reação para combiná-las é a polimerização.
O concreto modificado com polímero é adicionado ao concreto para
melhorar propriedades como aderência do reparo ao concreto do substrato, aumentar a
flexibilidade e a resistência a impactos, melhorar a resistência à percolação de água e
de sais dissolvidos na água.
Dos diversos tipos de polímeros, o mais adequado ao uso para concreto
modificado com polímero é por polimerização de emulsão. Para restauração do
concreto, os de melhores desempenho são estireno-butadieno e látex acrílico.
As resinas epóxi também podem ser adicionadas ao concreto, modificando e
contribuindo para melhoria de algumas características, como:
- resistência ao gelo/degelo e a ataques químicos;
- redução da permeabilidade; e
- aderência, resistência à compressão e à flexão.
Emulsões de epóxi têm sua aplicação um tanto restrita, pois são mais caras e
algumas são susceptíveis a mudanças de cor quando expostas à radiação solar.
Na maioria dos casos, a adição de polímeros fica em torno de 10 a 20% em
peso de cimento, podendo variar conforme a finalidade do concreto. A relação a/c para
que se obtenha uma boa trabalhabilidade destes concretos fica entre 0,30 e 0,40, para
misturas contendo látex, e entre 0,25 e 0,35, contendo epóxi.
Tanto o concreto modificado com látex quanto o com polímero têm
apresentado ótimos desempenhos ao longo do tempo. Ambos são excelentes para:
- aumento nas resistências mecânicas e durabilidade;
- melhoria das propriedades adesivas;
- diminuição da permeabilidade.
O principal cuidado a ser tomado refere-se quanto à cura do concreto
modificado com polímero, que deve ser a seco, no mínimo por dois dias. O concreto
modificado com látex também apresenta melhor trabalhabilidade, aplicação mais fácil
e é ideal para ambientes úmidos.
94
Como concretos convencionais, os concretos modificado com látex devem
ser lançados e curados em temperatura compreendida entre 7 ºC e 30 ºC, cuidando
para não se chegar aos extremos. Como muitas misturas de a/c baixo, o concreto
modificado com látex tende a apresentar fissuras de retração. O módulo de elasticidade
é ligeiramente menor quando comparado com concreto convencional e, portanto, o seu
uso na vertical ou carregamento axial deve ser acompanhado cuidadosamente.
2.4.2.3
Concreto/argamassa poliméricos
É um material compósito em que os agregados são unidos junto à matriz com
a ajuda de um aglutinante de polímero. Estes compósitos não contêm fase de cimento
hidratado, embora o cimento possa ser usado como agregado ou filler.
O concreto polimérico tem sido feito com uma variedade de resinas e
monômeros incluindo poliéster, epóxi, metil-metacrilato e estireno. Resinas de
poliéster têm custo moderado e grande variedades de formulações. As resinas epóxi
são mais caras, mas algumas formulações oferecem a vantagem de aderirem muito
bem a superfícies úmidas.
As propriedades do concreto polimérico são influenciadas pela quantidade e
qualidade da resina usada. Mas, em geral, apresentam cura rápida, boas resistências à
compressão e flexão, boa aderência, boa durabilidade em gelo/degelo, baixa
permeabilidade à água e a agentes agressivos e resistência a ataques químicos.
Quando se usa epóxi e poliéster, solventes orgânicos podem ser necessários
para a limpeza de equipamentos. Ressalta-se que cada sistema é explosivo e deve ser
tomado cuidado com faíscas. São materiais de cura rápida e que requerem um tempo
de lançamento rápido. Além de apresentarem tempos de trabalhabilidade distintos,
dependem ainda da temperatura e umidade locais, podendo a eficácia do polímero,
ficar afetada por estas variáveis.
O módulo de elasticidade do concreto polimérico pode atingir valores
inferiores ao do concreto convencional se trabalhado em altas temperaturas.
95
Somente alguns concretos poliméricos são eficientes em ambientes úmidos.
Em geral, os agregados devem estar secos para que se obtenha resistências mecânicas
mais elevadas. O concreto convencional geralmente não apresenta boa aderência ao
concreto polimérico e este fato pode ser minorado, aplicando-se adesivo de base epóxi.
2.4.2.3.1 Uso de materiais de reparo de origem polimérica
CABRERA e AL-HASAN (1997)46 definem concreto polimérico como um
material compósito em que resinas poliméricas são usadas para auxiliar a aderência
dos agregados de modo similar ao cimento utilizado na maioria dos concretos.
Os mesmos autores afirmam que o uso de resinas poliméricas ao invés de
cimento Portland comum melhora o comportamento mecânico em geral e produz
propriedades desejáveis para a durabilidade quando o concreto estiver sujeito à ação de
abrasão e ainda, auxilia no aumento da impermeabilidade. Devido à excelente
resistência à umidade e corrosão, o concreto polimérico é usado também para reparos
de pavimentos, pontes e barragens.
ABDEL-FATTAH e EL-HAWARY (1999)47 estudaram concretos com
adição de resinas poliméricas como materiais de reforço. Observaram que a resistência
e os modos de ruptura são influenciados pela cura, temperatura e taxa de
carregamento. Como o custo destas resinas é relativamente alto, estes estudos visaram
determinar a quantia mínima de polímero que pode ser usada para que se obtenha uma
resistência ótima e, a maioria dos resultados indicou que as propriedades ótimas são
alcançadas quando se usa uma razão polímero : agregado em torno de 1:7 a 1:12.
OHAMA (1996)48 também destaca que vários materiais compósitos com
polímeros vêm sendo utilizados para o reparo de estruturas, independente da origem
do problema: reação álcali-agregado, corrosão por cloretos, esforços mecânicos, etc.
Estes
materiais
poliméricos
podem
ser
injetados
e
usados
como
revestimentos internos e externos. Independente da finalidade do uso, este resiste
muito bem à ação da água e conseqüentemente, à ação de elementos agressivos ao
96
concreto que a água possa conter. Estes MRs proporcionam ainda, uma melhora
significativa na inibição da corrosão das armaduras, podendo reforçar superfícies
mesmo que sejam de acabamento e também, servem de grout para fissuras (OHAMA,
1996) 48.
Recentemente, os materiais de base cimentícea com alto teor de polímeros
vêm sendo amplamente aplicados no reforço de estruturas submersas. Estes podem ser
aplicados na superfície de concreto, mesmo que esteja úmida.
Para resistência à penetração do íon cloreto, resistência à carbonatação,
coeficiente de difusão do oxigênio e variações atmosféricas, são utilizadas argamassas
poliméricas modificadas de borracha de estireno-butadieno, acetato de etileno-vinil e
éster poliacrílico. Resinas epóxi e polímeros líquidos são mais usados para aplicação
de grout.
2.4.2.4
Seleção de materiais
Além do mínimo de características de bom desempenho que se queira que
um MR apresente, como resistência à compressão e boa aderência, a escolha do tipo de
reparo polimérico a ser utilizado deve ser feita com critério, haja vista a variância das
suas propriedades em relação ao tempo de aplicação e condições ambientais. A seguir,
outras propriedades dos reparos poliméricos a serem observadas quanto à finalidade
(ACI INTERNATIONAL, 1999)7.
2.4.2.4.1 Coeficiente de expansão térmica
É importante que o reparo polimérico tenha um coeficiente de expansão
térmica similar ao do concreto a ser reparado. Esta compatibilidade térmica é mais
importante em grandes áreas de aplicação, pois se a diferença entre os coeficientes for
elevada, existe a possibilidade de um ou outro retrair/expandir mais, ocorrendo fadiga
e posterior descolamento entre os materiais.
97
2.4.2.4.2 Retração
Quanto menor retração o MR apresentar, melhor será seu desempenho,
eliminando a possibilidade de ocorrência de microfissuras, principalmente na
interface. Este fato pode ser melhorado se a mistura do reparo polimérico for feita com
uma baixa relação a/c e se procedimentos quanto à cura forem adequados.
2.4.2.4.3 Permeabilidade
Concreto de boa qualidade apresenta impermeabilidade alta, mas quando sua
superfície estiver seca, a umidade interna tenderá a subir para a mesma, por ação da
capilaridade. Este fato pode interferir na interface entre concreto do substrato e reparo
polimérico.
2.4.2.5
Avaliação de desempenho de materiais de reparo poliméricos
No trabalho desenvolvido por CABRERA e AL-HASAN (1997)46, a
importância da manutenção das estruturas e da qualidade dos reparos é ressaltada visto
que, houve aumento no número de tipos de reparo e também no de firmas que
oferecem este serviço. Fica explícita a necessidade de se eleger materiais eficientes e
de se formar profissionais competentes nesta área da Engenharia.
A maioria das propriedades dos MRs são protegidas por patentes, e as
informações oferecidas para os usuários são insuficientes. Portanto, como a revelação
da composição destes materiais é praticamente impossível, há a necessidade de
estabelecer parâmetros que sirvam de base para se conhecer o seu desempenho.
CABRERA e AL-HASAN (1997)46 avaliaram o desempenho de quatro
diferentes tipos de MRs. Os parâmetros analisados foram; resistência à compressão
axial, resistência de aderência, porosidade e permeabilidade.
Para a produção das argamassas, os autores utilizaram cimento Portland
comum, areia e agregados naturais. A seguir, uma breve explanação dos MRs:
98
- material de reparo cimentíceo (MRC): produto em pó, pré-pronto,
misturável com água, no teor de 15 a 17% de acordo com o fabricante;
- material de reparo cimentíceo modificado com polímero (CMP):
previamente dosado, também em pó, requerendo água para a mistura da
argamassa. O teor de água foi o mesmo do anterior;
- cimento Portland contendo inibidor de corrosão orgânica (ICO): produto
pré-pronto, com inibidor de corrosão de armaduras de base orgânica, em
emulsão aquosa. A quantidade recomendada de inibidor foi de 5 l/m3 ; e
- cimento pozolânico com 70% de cimento e 30% com cinzas volantes
(CCV): produto típico para a produção de cimento pozolânico.
Para o concreto de controle, foi utilizada a denominação CPC, concreto de
cimento Portland comum.
2.4.2.6
Dosagem e cura
O traço dos reparos CPC, CCV e ICO foi 1 : 2,33 : 3,5: var (a/c variável),
sendo que para o concreto de controle CPC o fator a/c foi de 0,55 e abatimento em
torno de (55±5) mm. Para o CCV e ICO foi usada a/c de maneira com que se
obtivessem valores similares de abatimento.
Os demais reparos foram dosados conforme indicação do fabricante.
Depois de moldados, os CPs foram curados em temperatura de (20 ± 2) ºC,
por 24 horas. Então, foram desmoldados e acondicionados em sala úmida a 20 ºC e
99% de umidade relativa por 3 dias. Após esta primeira condição de cura, alguns dos
CPs foram levados a uma sala aquecida a (35 ± 2) ºC e (45 ± 5)% de umidade relativa,
com vento de 3 m/s (condição de cura "1"). Essas condições reproduziram a região
típica onde as estruturas de concreto estavam localizadas.
Outros CPs foram levados a uma câmara, na qual a cura foi controlada em
(20 ± 2) ºC e (65 ± 5)% de umidade relativa (condição de cura "2"), sendo esta
também uma simulação realista.
99
2.4.2.6.1 Desempenho dos sistemas
Ü Resistência à compressão
Os ensaios de resistência à compressão foram realizados nas idades de 3, 7,
28, 90, 120 e 365 dias.
Os resultados indicaram que, para ambas as condições de cura, o reparo
MRC apresentou as maiores resistências, chegando a 33% maior que o concreto de
controle CPC. Além disso, sua resistência aos 3 dias chegou a 50 MPa, que é o
equivalente a um ano de resistência das outras composições. Nas primeiras idades,
CCV apresentou resistência abaixo da resistência do concreto de controle CPC, mas
em um ano o aumento de sua resistência foi maior. A adição do aditivo inibidor de
corrosão diminuiu a resistência à compressão do CPC. As resistências finais do ICO e
CMP foram similares em ambas as condições de cura e 13% abaixo do CPC. A
redução da resistência do ICO pode ser devida ao componente orgânico do inibidor da
corrosão que interfere no processo de hidratação do cimento.
Ü Aderência
Para evitar o descolamento do MR é necessário que a força de aderência
entre este e o concreto do substrato seja adequada para resistir a esforços mecânicos
em geral, variações de temperatura e umidade.
O ensaio de arrancamento foi feito em CPs prismáticos, possuindo juntas
corridas de MR, em uma diagonal a 30º do eixo principal e, em equipamento de
resistência à compressão. A aderência foi considerada adequada se os CPs romperem
como um prisma monolítico e não ao longo da junta.
Na Tabela 20, é apresentada a média de três resultados por cada condição de
cura e de cada tipo de MR.
A análise dos resultados indica que, em ambas as condições de cura, as
interfaces de MRC e de CMP apresentaram resistência menor que a coesão da matriz.
Isto pode ter ocorrido pela má combinação entre os módulos de elasticidade dos dois
materiais e o módulo do concreto de controle. Materiais que apresentam baixo módulo
100
de elasticidade deformam mais do que os que apresentam valores mais elevados.
Quando um material de baixo módulo é combinado a um com maior módulo, a falha
ocorrerá no de menor módulo.
TABELA 20 - RESISTÊNCIA DE ADERÊNCIA DOS MATERIAIS DE REPARO 46
MATERIAL
CPC
CCV
ICO
MRC
CMP
CONDIÇÕES DE CURA
"1" - 20 ± 2 ºC e 65 ± 5%
"2" - 35 ± 2 ºC e 45 ± 5%
Resistência de Local do
Local do
E
Resistência de
E
aderência
plano de
plano de
(GPa) aderência (MPa)
(GPa)
(MPa)
ruptura
ruptura
13,80
CPC
35,88
12,50
CPC
35,30
CPC –
14,20
CPC – CCV 30,36
13,30
32,88
CCV
15,80
ICO
36,15
15,50
ICO
36,02
20,10
Interface
28,87
15,90
Interface
27,40
10,70
Interface
18,83
10,00
Interface
20,10
Ü Porosidade total
Os resultados de porosidade medidos nas duas condições de cura mostraram
que o CCV apresentou o menor índice de porosidade total, isto é 23% a menos de
porosidade do que o concreto de controle. O CMP apresentou o mais alto índice de
porosidade, ficando em torno de 18% maior que o CPC na idade de um ano. O ICO
apresentou a mesma porosidade do CPC para condição de cura "1", mas 14% abaixo
do CPC em um ano na condição de cura "2". O MRC mostrou a mesma tendência em
ambas às condições de cura com 16% a menos do que o CPC em um ano.
Ü Permeabilidade
A corrosão da armadura pode ser evitada se o oxigênio e a umidade forem
excluídos ao máximo da massa de concreto. A taxa com que líquidos e gases se
movem no interior do concreto é determinada pela sua difusão e permeabilidade. Estas
propriedades afetam o modo com que o concreto resiste a ataques externos. Por esta
razão é que o MR deve possuir uma baixa permeabilidade.
Ambas as condições de cura mostraram tendência similares. Os resultados
enfatizam que a taxa de permeabilidade ao oxigênio diminui com o tempo. CCV
apresenta uma taxa alta de permeabilidade ao oxigênio nas primeiras idades e, mínima,
101
aos 90 dias. MRC e CMP não apresentaram variações muito elevadas entre as
primeiras idades e as idades mais avançadas. No entanto, ambas as misturas mostraram
menores permeabilidades que o concreto de controle. ICO mostrou alta taxa de
permeabilidade em todas as idades.
Ensaios de permeabilidade à água também foram realizados, sendo que ICO
apresentou alta permeabilidade em ambas as condições de cura, CMP e MRC ficaram
com valores menores, o CCV apresentou valores abaixo dos apresentados pelo
concreto de controle, tanto na condição de cura "1" quanto na "2". Os resultados
apresentados mostraram que o uso da resistência mecânica como parâmetro de
qualidade não é indicado, visto que os ensaios realizados demonstram uma certa
relação entre porosidade, permeabilidade e resistência.
LAWRENCE (1986)XXII, citado por CABRERA e AL-HASAN (1997,
p. 287)46, menciona que há relação entre porosidade e resistência. No entanto, uma
análise mais cuidadosa mostra que esta relação é possível somente para um tipo de
concreto e que este fato não pode ser generalizado para os diferentes tipos e, portanto,
uma análise estatística da relação entre resistência e porosidade não pode ser feita para
diversos tipos de concreto. Este fato também se repete ao se relacionar resistência com
permeabilidade. A razão para esta falta de relação geral entre resistência e
porosidade/permeabilidade é que a porosidade total não descreve completamente as
características dos poros.
Já os valores medidos tanto para permeabilidade ao oxigênio quanto para a
de água se relacionam de maneira mais próxima. Dos dados deste estudo, resultaram:
- MRC possui a mais alta resistência à compressão em qualquer idade,
enquanto CMP e ICO, os mais baixos valores. Mas, quando comparados
com o concreto de controle, esta diferença não é significativa;
- em relação à durabilidade, a mistura que apresentou mais baixa
XXII
LAWRENCE, C. D. Measurements of permeability. Proceedings of the 8t h
International Congress on the Chemistry of Cement. Rio de Janeiro, 1986, FINEP, vol. V, pp. 29-34.
102
porosidade e permeabilidade ao oxigênio foi a CCV enquanto CMP
apresentou valores mais altos;
- valores só de resistência não podem ser usados para predizer a resistência
do concreto à penetração de gases e água. A realização de ensaios deve
incluir também os de porosidade e de permeabilidade.
- houve uma tendência na medida da permeabilidade ao oxigênio e à água,
que por sua vez, permite classificar os MRs na seguinte ordem:
CCV < MRC < CMP < CPC < ICO;
- mas, se forem só considerados os valores da permeabilidade à água:
CMP ≈ MRC < CCV < CPC < ICO;
- a seleção de uma propriedade do material deve ser feita após a
comparação do desempenho destes com o do concreto com adições de
pozolana, como o CCV.
Ü Resistência à tração na flexão de concretos com polímeros
O objetivo do estudo realizado por ABDEL-FATTAH e EL-HAWARY
(1999)47 foi a análise da influência do polímero no comportamento do concreto à
flexão. Foram ensaiadas 54 vigas carregadas em quatro pontos. Destas vigas, 36 eram
armadas (15 x 15 x 75) cm e 18 eram para controle (15 x 15 x 60) cm. As vigas foram
feitas com três tipos de resinas que são amplamente empregadas em reparos de
concreto: duas do tipo epóxi de diferentes fabricantes, I – para uso diverso, II – para
uso em grout e outra do tipo poliéster (III). Para cada tipo de viga, foram ensaiados
três CPs φ(10 x 20) cm para determinação da resistência à compressão, f’c. Foram
estudadas três porcentagens de polímeros: 9, 12 e 15% do total de peso da mistura. Os
resultados obtidos mostram que o módulo de ruptura, fr, e a última tensão de
compressão, f’c, para concreto polimérico foram mais altos do que os do concreto
padrão. As vigas apresentaram ótimo comportamento dúctil.
Foi observado que nas vigas armadas, como os esforços no lado tracionado
alcançaram os valores de módulo de ruptura, pequenas fissuras começaram a aparecer
103
na superfície inferior da mesma, entre os dois pontos de carregamento centrais, com a
maior fissura iniciando sobre o ponto médio. Com o acréscimo do carregamento, as
fissuras propagaram-se em direção à zona de compressão e a ruptura ocorreu por
esmagamento gradual da zona comprimida. As vigas com resina do tipo poliéster
romperam-se violentamente após uma explosão ruidosa de ruptura.
Para os três tipos de resinas, a proporção ótima para a obtenção de valores
máximos da resistência à compressão foi 12%. Para os dois tipos de epóxi, a
resistência decresceu na razão de 15% enquanto que a de poliéster ficou quase
inalterada.
Os valores dos módulos de ruptura para as vigas de controle (não armadas)
foram considerados mais altos do que aqueles normalmente obtidos em concretos
comuns. O valor do módulo mais alto ocorreu na mistura de 12%. O valor mais alto foi
para a de epóxi tipo I e os valores mais baixos, e m geral, foram as com poliéster.
As recomendações quanto à adição de polímeros no concreto que se
destacam do trabalho ABDEL-FATTAH e EL-HAWARY (1999)47, são as seguintes:
- fr do concreto polimérico pode ser três vezes maior do que o do concreto
convencional da mesma resistência última à compressão. Recomenda-se
utilizar a equação para o cálculo do módulo para concreto polimérico:
fr = 1,65 f ' c
(MPa) ;
- a tensão última de compressão para as vigas armadas com concreto
polimérico é mais alta do que aquelas do concreto de controle. Assim,
para projeto de vigas armadas com concreto polimérico, é mais realístico
carregá-las à flexão baseando-se na tensão última de 0,01 ao invés de
0,003 como a norma do ACI 318 recomenda para concreto de cimento
Portland.
- a ductilidade do concreto polimérico é mais alta do que a do concreto
convencional.
104
2.4.2.7
Aderência e tensão de ruptura do concreto polimérico
Concretos e argamassas modificados com polímero têm ampla aplicação,
sendo um dos mais usuais, o de reparos para concreto.
Duas principais propriedades mecânicas nas argamassas de reparo são a
aderência e a flexibilidade. A adição de polímeros nos concretos para reparo beneficia
estas propriedades. Na sua maioria, os polímeros aumentam a trabalhabilidade, mesmo
reduzindo-se o fator a/c. Além disso, a suspensão das partículas de ar é maior devido à
presença do polímero.
Para evidenciar o efeito dos aditivos poliméricos, HARMUTH (1995)49
comparou resultados de ensaios realizados em concretos poliméricos e concretos
convencionais. Em todas as dosagens, o fator a/c, ar incorporado e a trabalhabilidade
foram mantidos constantes. Utilizando uma cunha separadora no ensaio para medir a
capacidade de adesão, o concreto polimérico se mostrou mais eficaz na combinação
com o concreto convencional do que com ele mesmo.
2.4.2.7.1 Dosagens e moldagem dos CPs
Todas as dosagens foram feitas com cimento Portland comum, com consumo
de 450 kg/m3, fator a/c de 0,45 e φmáx agregado de 4 mm na relação agregado/cimento
de 3,33. O valor de ar incorporado foi de 10%. Para se manter o valor de ar
incorporado e trabalhabilidade, foram utilizados aditivos incorporadores de ar e
superplastificantes, com quantidades variáveis em função da quantidade de aditivos
poliméricos. As adições de polímero foram determinadas em função do peso de
cimento mais o peso de agregados. Os demais aditivos foram dosados em função
somente do peso de cimento.
Após a mistura, foram moldados CPs cúbicos, com 10 cm de lado, para a
determinação das propriedades do concreto polimérico. Para se estimar a aderência,
foram utilizados CPs de concreto-referência, com um ano de idade (fator a/c 0,55) e
105
φmáx agregado de 16 mm. A aplicação do concreto polimérico foi feita manualmente,
após umedecimento da superfície do concreto-referência. Todos os CPs foram curados
em água a 20 °C, por 25 dias e então, foram cortados com lâmina de diamante. Após
isto, foram armazenados em câmara úmida (umidade relativa 55%) até completar os
28 dias de idade.
Dos ensaios de avaliação do concreto polimérico, pôde-se concluir que um
aumento de 1% para 3% de polímero, a energia de ruptura decresceu de 84 N/m para
62 N/m, respectivamente. Quando o aumento no teor de polímero foi de 3% para 5%,
passou de 62 N/m para 67 N/m, ou seja, teve um ligeiro acréscimo.
O valor da tensão máxima de ruptura também decaiu com o aumento da
adição de polímero, mas foi maior para a adição de 1% em relação à de controle. Já
para os sistemas, tanto a energia quanto a resistência de ruptura, tiveram resultados
maiores conforme o acréscimo de polímero. A energia cresceu 55% e a tensão 35%,
para a composição com 5% de polímero.
Diante dos resultados, salienta-se a efetividade da aderência do polímero em
composições com sistemas de concreto convencional.
2.4.2.8
Resina epóxi
A palavra epóxi é derivada do grego e significa, de uma forma geral:
elemento químico oxigênio disposto do lado externo de uma estrutura molecular. Suas
primeiras aplicações técnicas vêm da década de 30, para adesivos e materiais de
recobrimentos (ACI INTERNATIONAL, 1999)7. Este material é quase sempre
formulado em dois ou mais componentes, nas partes A – resina epóxi propriamente
dita e B – endurecedor; e no caso específico deste trabalho uma parte C – componente
inorgânico (areia de quartzo).
106
2.4.2.8.1 Resistência mecânica e estabilidade química
Produtos à base de resina epóxi possuem boa aderência à maioria dos
materiais e têm como vantagens não formarem subprodutos; possuem pequena
contração durante a cura; boa estabilidade química; possuem alta resistência à
compressão e à tração, sendo resistentes ao intemperismo, misturas e ataques ácidos e
alcalinos. Algumas das principais propriedades, encontram-se listadas na Tabela 21
(ACI INTERNATIONAL, 1999)7.
A expansão térmica da resina epóxi é maior do que a do concreto e pode ser
considerada uma desvantagem do uso deste material se o local de aplicação comporta
variações térmicas bruscas.
Resinas epóxi podem ser formuladas de maneira a resistir aos efeitos de
abrasão e, dependerão do meio a ser aplicado: superfície quente, fria, úmida, seca, etc.,
sendo recomendado consultar o fabricante para a obtenção de uma melhor formulação.
A proporção da mistura resina e endurecedor deve ser estritamente
controlada já que ambos são co-reagentes. A mistura deve ser homogênea e feita
dentro do misturador para que a reação seja completa.
TABELA 21 - PROPRIEDADES MECÂNICAS E QUÍMICAS DA RESINA EPÓXI 7
PROPRIEDADES
resistência à flexão, MPa
resistência à tração, MPa
resistência à compressão, MPa
ciclo secagem – molhagem
sais a base de cloretos
ácido muriático a 15%
álcalis
sulfatos
EPÓXI
10,3 – 34,1
3,4 – 48,9
3,4 – 82,7
excelente
excelente
excelente
excelente
excelente
CONCRETO
3,4 – 6,9
2,1 – 4,8
20,7 – 68,9
excelente
razoável
fraco
bom
razoável
Para a aplicação, as superfícies de concreto devem estar limpas, isto é, livre
de contaminantes, tais como poeiras e outras partículas soltas, sem partes com
concretos soltos e é recomendado que estejam o mais seca possível. Para a limpeza dos
equipamentos, antes da cura é recomendável usar solventes do tipo cetona e solventes
clorados do tipo cloreto de metileno (ACI INTERNATIONAL, 1999)7.
107
2.4.3
2.4.3.1
Concreto com Fibras
Concreto reforçado com fibras orgânicas, metálicas e minerais
No trabalho realizado por ACCETTI e PINHEIRO (2000)50, o concreto
reforçado com fibras é definido como o concreto contendo cimento hidráulico, água,
agregados graúdo e miúdo e fibras, podendo conter aditivos que normalmente são
utilizados em concreto convencional.
Como existe uma grande variedade de tipos de fibras que podem ser
adicionadas ao concreto, a escolha do tipo desta depende da finalidade a que se destina
o material. As fibras com módulo de elasticidade menor e alongamento maior que as
matrizes de cimento, como as de polipropileno e polietileno, são capazes de absorver
grandes energias, tendo grande resistência ao impacto e tenacidade. Entretanto, não
contribuem muito para o aumento de resistência do compósito. As fibras de elevado
módulo de elasticidade produzem compósitos com elevada resistência à tração, rigidez
e absorção de cargas dinâmicas. Exemplos destas fibras são as de aço, vidro e carbono.
Basicamente, os tipos de fibra se classificam em três grupos: minerais,
orgânicas e metálicas.
2.4.3.1.1 Fibras minerais
No grupo das fibras minerais estão as fibras de amianto e as de vidro. As de
amianto apresentam o inconveniente de absorverem grande quantidade de água. O
aumento do fator a/c exige grande quantidades de fibras e de cimento para se obter
resistências mais altas. Também apresentam uma dificuldade de dispersão na matriz.
As fibras de vidro têm baixa resistência aos álcalis presentes na massa de
cimento. Segundo o ACI 544.1R/82, para combater este ataque químico, o
desenvolvimento de fibras que possuem cerca de 16% de óxido de zircônio
apresentam-se menos susceptíveis às reações com os álcalis. A proteção das fibras
108
também pode ser feita por meio de resinas e ainda utilizar um cimento com teores de
álcalis inferiores a 0,6%, por intermédio do uso de aditivos.
2.4.3.1.2 Fibras orgânicas
O grupo de fibras orgânicas pode ser subdividido em fibras naturais e
sintéticas.
O emprego de fibras orgânicas no concreto aumenta, em muito, a sua
deformabilidade, haja vista que estas fibras apresentam módulo de elasticidade menor
que o do concreto. A resistência à tração não é melhorada, pois há perda de aderência
entre as fibras e a pasta de cimento. Já a resistência ao impacto é melhorada com o
emprego deste tipo de fibras.
Estudos mostram que a adição de fibras orgânicas naturais aumenta
consideravelmente a resistência ao impacto do concreto e também fazem com que o
concreto apresente uma boa condutividade térmica.
Um dos inconvenientes das fibras orgânicas naturais é que estas podem ser
atacadas por microorganismos, que acabam por deteriorar todo o conjunto matrizfibra, se não forem convenientemente tratadas. A água intersticial da matriz de
cimento pode acelerar o processo de decomposição das mesmas, fazendo com que o
concreto perca ductilidade e tenacidade. Este processo pode ser evitado, se for
adicionado sílica ativa em substituição ao cimento, na ordem de 40 a 50% em massa.
As fibras orgânicas mais utilizadas são as sintéticas e, em especial, as de
polipropileno fibrilado.
As fibras de polipropileno interferem pouco na resistência à tração, pois
apresentam um baixo módulo de elasticidade, alongando-se bem mais que a matriz de
cimento. Portanto, as estruturas de concreto com este material têm maior resistência ao
impacto do que as de concreto comum.
109
2.4.3.1.3 Fibras metálicas
As fibras metálicas, em especial as de aço, são as mais utilizadas em reforços
por serem de fácil mistura, mais eficazes e econômicas. Sua utilidade está no controle
de fissuração, substituindo as armaduras secundárias.
No trabalho executado por PINTO JÚNIOR e MORAES (1996)51, as fibras
de aço são definidas como filamentos lisos ou deformados, obtidos por corte de arames
ou chapas, ou extraídos de metais fundidos ou fresados, podendo ser também resíduos
do processo de fabricação da lã de aço, devendo ser suficientemente pequenas para se
dispersarem de forma aleatória na mistura do concreto.
Combinando uma dispersão uniforme das fibras de aço na matriz com
disposição aleatória das mesmas, proporciona-se ao concreto uniformidade nas
propriedades de resistência à tração e elasticidade.
2.4.3.2
Concreto reforçado com fibras de aço - CRFA
FIGUEIREDO, MOURAD e CARVALHO (2000)52 comentam que o
concreto convencional não possui a capacidade de absorver grandes energias de
deformação. O processo de ruptura inicia-se com o surgimento e posterior propagação
de fissuras. As tensões vão se acumulando nas extremidades das fissuras, visto que não
encontrarão nenhuma deformação plástica capaz de aliviar as tensões. E é neste ponto
que as fibras de aço atuam.
A principal característica das fibras de aço é possuir alto módulo de
elasticidade e absorver um grande nível de tensão, não permitindo que as fissuras se
propaguem na estrutura de concreto. Assim, o concreto apresenta boa capacidade
portante mesmo quando fissurado e ainda permite uma redistribuição dos esforços,
mesmo quando baixos teores de fibras de aço são usados. Outros elementos que
caracterizam as fibras de aço são: forma geométrica, resistência à tração e o fator de
forma, que é a relação entre o comprimento da fibra e o seu diâmetro.
110
A conseqüência direta da restrição à propagação das fissuras é o aumento da
resistência à fadiga e a diminuição da entrada de agentes agressivos, aumentando a
durabilidade da estrutura, por CHANVILLARD, AÏTCIN e LUPIEN (1989)XXIII,
citados por FIGUEIREDO, MOURAD e CARVALHO (2000)52.
Para que as fissuras continuem se propagando, é necessária energia suficiente
para que a fibra se rompa ou seja arrancada da matriz. Este aumento da energia gasta
até a ruptura total do material representa um aumento da tenacidade, a principal
característica do CRFA (FIGUEIREDO; MOURAD; CARVALHO, 2000)52.
A adição de fibras de aço no concreto acaba influenciando beneficamente
também a sua resistência à abrasão e a impactos.
2.4.3.2.1 Comportamento à tração na flexão dos CRFAs
Segundo S. P. SHAH (1991), citado por FIGUEIREDO, MOURAD e
CARVALHO (2000)52, a resistência à primeira fissura é influenciada pelo volume de
fibras incorporado, pela orientação e fator de forma. A resistência última é função do
volume incorporado e do fator de forma. O aumento da ductilidade nos CRFAs é
verificado quando, após a aplicação de uma carga máxima, a redução da carga com o
aumento dos deslocamentos é muito menor neste do que nos concretos convencionais.
2.4.3.2.2 Características da tenacidade dos CRFAs
FIGUEIREDO, MOURAD e CARVALHO (2000)52 enumeraram algumas
das características dos CRFA.
Ü Fatores influentes
A tenacidade é influenciada pela quantidade de fibras presentes no plano de
XXIII
CHANVILLARD, G; AÏTCIN, P. C.; LUPIEN, C. Field evaluation of steel fiber
reinforced concrete overlay with various bonding mechanisms. Transportation Research Board, 1226,
1989. Pp. 48-56.
111
ruptura e a inclinação das fibras em relação às linhas de tensão e, principalmente, pela
aderência entre as fibras e a matriz. E para que haja uma boa aderência entre as fibras e
a matriz, é necessário que a matriz seja de boa qualidade e resistência. Entretanto, em
matrizes de elevadas resistências, a energia gasta para fissurá-las pode ser suficiente
para romper as fibras que estejam mais inclinadas. Este fato fez surgir as fibras de alto
teor de carbono, que permitem reforçar concretos de alta resistência mesmo com
baixos teores de fibras, como salienta PINTO JÚNIOR (1998)XXIV, citado por
FIGUEIREDO, MOURAD e CARVALHO (2000)52. O comprimento da fibra também
é importante, pois quanto maior o comprimento, maior será a área de contato entre a
fibra e a matriz.
Ü Medidas de tenacidade
São três os tipos básicos de ensaio para medir a tenacidade:
- punção de placas;
- compressão de CP cilíndrico; e
- flexão de CP prismático.
O ensaio de flexão de prismas é o mais utilizado para controle de qualidade e
para a dosagem do CRFA. Neste ensaio, há o carregamento com 4 cutelos para dividir
o vão central do CP prismático em três partes iguais. Além de ensaiar maior volume, a
metodologia faz com que o momento fletor no terço central do prisma seja constante e
a força cortante na mesma região seja nula.
Ü Controle da tenacidade em campo
Os autores relatam a análise dos resultados do controle da tenacidade em
campo, na execução de um piso industrial. A fibra foi adicionada no teor de 30 kg/m3,
num concreto com cimento ARI, britas 1 e 2, no traço: 1: 2: 1,71: 1,13: 0,5. Foi
utilizado plastificante (3 l/m3) para garantir a trabalhabilidade. O concreto foi
XXIV
PINTO JÚNIOR, N. de O. Tenacidade e resistência equivalente à tração na flexão de
concretos de alto desempenho reforçados com fibras de aço de ba ixo e alto valor teor de carbono. In:
40º Congresso Brasileiro do Concreto. IBRACON. Rio de Janeiro, 16 p. 1998.
112
fornecido por três usinas diferentes e cada uma originou lotes diferentes para a análise.
FIGUEIREDO, MOURAD e CARVALHO (2000)52 afirmam que o método proposto
pela JAPAN SOCIETY OF CIVIL ENGINEERS – JSCE, é o mais utilizado para a
medida da tenacidade do CRFA no Brasil. A análise teve como hipótese fundamental a
igualdade das duas médias populacionais (JSCE) e como hipótese alternativa que a
média dos fatores de tenacidade dos prismas moldados com mesa vibratória é maior
que a dos adensados manualmente. Dois dos três testes de hipótese confirmaram que
os valores médios foram ligeiramente superiores quando foi utilizada a mesa
vibratória. Isto porque há uma maior homogeneidade na mistura. Ressalta-se também a
importância do coeficiente de variação dos valores das tenacidades, confirmando a
variabilidade dos CRFAs e mesmo do ensaio de controle da tenacidade.
2.4.3.2.3 Influência do tamanho dos agregados nos CRFAs
O trabalho realizado por BASTOS e PINHEIRO (2000)53 objetivou-se em
determinar a influência da brita nº 2 nas propriedades do concreto fresco e endurecido,
de duas diferentes composições:
- concreto com brita 1 - C1;
- concreto com britas 1 e 2 (50% de cada) - C12.
Em ambas as composições, foram feitas dosagens de concretos de referência
e compósitos contendo fibras de aço, nos teores de 40 e 60 kg/m3, respectivamente.
Ü Compatibilidade entre o agregado graúdo e as fibras de aço
FIGUEIREDO, MOURAD e CARVALHO (2000)52 recomendam que o
comprimento da fibra de aço a ser utilizada deve ser superior a duas vezes a dimensão
máxima do agregado graúdo. As fibras devem atuar como uma malha de ligação,
auxiliando a transferência de tensões nas fissuras. Portanto, o comprimento mínimo
das fibras de aço deve ser suficiente para transpor o diâmetro máximo do agregado,
fazendo com que elas "costurem" a matriz da pasta.
113
Ü Características dos CRFAs
Apesar de se manter a relação a/c em torno de 0,40, a adição de
superplastificantes foi maior nos compósitos (1,5%) do que nos concretos de controle
(0,6%). O aumento foi conseqüente da diminuição da trabalhabilidade. O teor de
argamassa também aumentou, ficando em torno de 4% superior ao do concreto de
referência. Conseqüentemente, este acréscimo de aditivo superplastificante corrigiu a
diminuição de abatimento, devido à adição das fibras (BASTOS; PINHEIRO, 2000)53.
Ò Resistência à tração por compressão diametral
Os resultados obtidos por BASTOS e PINHEIRO (2000)53 para a
resistência à tração por compressão diametral não mostraram influência da brita
2. Os valores das resistências obtidos encontram-se na Tabela 22.
TABELA 22 - RESISTÊNCIAS MECÂNICA À TRAÇÃO DOS COMPÓSITOS
COM BRITAS 1 E 2 53
MISTURA
C1-0
C1-40
C1-60
C12-0
C12-40
C12-60
RESISTÊNCIA À
COMPRESSÃO (MPa)
3 dias
7 dias
28 dias
45,29
47,50
58,61
46,08
51,45
58,96
46,28
53,50
60,06
39,84
43,82
57,37
45,25
51,05
62,98
43,20
49,77
59,91
RESISTÊNCIA À TRAÇÃO
MÓDULO DE
POR COMPRESSÃO
RUPTURA (MPa)
DIAMETRAL (MPa)
4,33
7,24
4,23
7,31
5,55
9,41
3,93
5,87
4,99
6,34
5,26
7,60
No caso da resistência à tração na flexão máxima (módulo de ruptura),
os compósitos com brita 1 mostraram ser significativamente melhores que os
compósitos com britas 1 e 2.
Ò Tenacidade
Comparando os concretos de referência com os CRFAs, BASTOS e
PINHEIRO (2000)53 verificaram que os CRFAs apresentaram maior resistência
à primeira fissura e um bom ganho na tenacidade.
A análise dos valores obtidos no ensaio de flexão nas vigas prismáticas
permite concluir que quanto maior o conteúdo de fibras de aço, maiores foram
as resistências e a tenacidade dos compósitos.
114
Os compósitos com brita 1 apresentaram resistência e tenacidade
maiores do que os compósitos misturados com britas 1 e 2. As fibras, no teor de
40 kg/m3, não foram capazes de aumentar a resistência dos mesmos, além da
resistência de primeira fissura. No teor de 60 kg/m3 , porém, houve aumento
expressivo de 18% no compósito com brita 1 (C1-60) e 25% no com britas 1 e 2
(C12-60).
2.4.3.2.4 Variação nas resistências mecânicas de concretos comuns e de alto
desempenho com a adição de fibras de aço
Os trabalhos realizados por SILVA et al. (2000) e JÚDICE et al. (2000)54,
tratam de estudos de concreto convencional e de alta resistência com a adição de fibras
de aço.
Em SILVA et al. (2000)55, ressaltou-se que a adição de fibras não deve ser
feita de maneira aleatória, haja vista que algumas propriedades do concreto podem ser
afetadas maleficamente, como a trabalhabilidade e a resistência à compressão.
SILVA et al.55 compuseram concretos com adições de fibras de aço de
comprimento 28 mm, no estado solto, e de 35 mm em feixe solúvel em água. Os
consumos de fibras foram da ordem de 40 e 50 kg/m3 para os dois tamanhos. O
cimento utilizado foi o CP II-F, areia natural, brita 1, sílica ativa e aditivo
superplastificante. Para cada traço, variou-se o consumo e o comprimento das fibras,
sendo que ficaram assim estipulados:
- 1 : 2,47 : 2,84 : 0,50 para resistência de 35 MPa (C30);
- 1 : 1,95 : 2,25 : 0,41 para resistência de 60 MPa (C60).
Para o concreto C30, os tamanhos das fibras e os dois consumos não
afetaram significativame nte a resistência à compressão. Já os valores obtidos para a
resistência à tração por compressão diametral foram melhorados. O concreto, com
fibra de maior comprimento e consumo, apresentou melhor desempenho, cerca de 30%
maior do que o concreto de referência (sem fibra). Para a resistência à tração na flexão,
115
houve um ganho significativo, haja vista que as fibras de aço têm um módulo de
elasticidade maior do que o da matriz. O consumo ótimo foi o de 50 kg/m3 de fibras de
aço com maior comprimento. O módulo de ruptura foi melhorado em torno de 15%.
Pode-se afirmar, que para consumos menores, os valores obtidos não foram
significativos, devido à falta de homogeneidade na mistura.
Para o concreto C60, o aumento da resistência à compressão só foi
significativo com fibra de 35 mm e consumo de 40 kg/m3. Pode-se concluir que, à
medida que se aumenta a resistência do concreto, maior é a influência da presença das
fibras de aço. Isto se deve ao fato de que, nos concretos de menores resistências, a
zona de transição é a fase mais frágil e nela as fibras de aço não podem influir muito.
Para a resistência à tração por compressão diametral a fibra de 35 mm também
provoca o aumento mais significativo. No consumo de 50 kg/m3, há um aumento em
torno de 45% da resistência em relação ao concreto sem fibras. No caso da resistência
à tração na flexão, quanto maior a fibra, maior é o módulo de ruptura. As fibras de
35 mm aumentam em até 25% o valor da resistência no concreto de alto desempenho.
JÚDICE et al. (2000)54 realizaram estudos com concretos, cujas adições de
fibras de aço variaram de 40, 80 e 120 kg/m3, variando também o fator de forma das
fibras. As fibras de aço tinham comprimento de 25 e 49 mm, ambas em estado solto. O
cimento utilizado foi o CP V ARI, areia natural e brita 1.
Também foram dosados dois traços:
- 1 : 1,71 : 2,84 : 0,53 para a resistência de 40 MPa – CMR, Concreto de
Média Resistência;
- 1 : 1,83 : 1,94 : 0,31 para a resistência de 70 MPa (CAR – Concreto de
Alta Resistência), com adições de sílica ativa, plastificante e
superplastificante.
Concluiu-se nos trabalhos que a adição de fibras é mais efetiva no concreto
de alto desempenho (CAD) do que no concreto comum. Isto porque no CAD em que
há a adição de sílica ativa, a reação desta com o hidróxido de cálcio proveniente da
116
hidratação dos silicatos, leva a uma considerável melhora da zona de transição entre a
pasta e o agregado. A fase mais frágil é a pasta, onde as fibras de aço fazem o reforço.
Também, o ganho de resistência dos concretos com fibras é mais
significativo na tração indireta e tração na flexão que na compressão. Porém, no último
caso o benefício das fibras é sentido pela eliminação da ruptura explosiva comum nos
CADs sem fibras de aço.
Os resultados mostraram que as fibras de aço influíram muito pouco na
resistência
à
compressão
dos
concretos
testados
e
podem
aumentar,
consideravelmente, a resistência à tração indireta e a tração na flexão.
A adição de fibras de aço nos CMR não afetou em muito a resistência à
compressão. Este aumento foi de até 16% para os concretos com fibras curtas e de 5%
para os com fibras longas. Concluiu-se que isto ocorreu pelo fato das fibras menores
serem de mais fácil dispersão.
Para os CAR, houve um decréscimo na resistência à compressão para
pequenos percentuais nos volumes de fibras: 9% para com fibras curtas e 14% para
com fibras longas. O aumento da resistência à compressão se deu com o aumento no
volume de fibras, ficando maior em 19% para com curtas e 11% para com longas.
A resistência à tração por compressão diametral para o CMR aumentou em
até 85% para as fibras curtas e 111% para as fibras longas. Para o CAR, este aumento
foi de 80% e 93%, respectivamente.
Os ensaios de resistência à tração na flexão resultaram em valores superiores
aos obtidos por compressão diametral. Para os CMR, os aumentos foram de 41% para
as fibras curtas e de 71% para as longas. Para o CAR, 49% para as fibras curtas e 59%
para longas.
Concluiu-se que as resistências à tração por compressão diametral e na flexão
dos concretos com fibras de aço sofreram consideráveis aumentos com relação aos
sem fibras. Os concretos com fibras de aço longas apresentaram maiores resistências à
tração na compressão diametral e na flexão do que os com fibras curtas.
117
Os valores experimentais dos módulos de elasticidade longitudinal e
transversal dos concretos com fibras mostraram uma significativa variação com
relação aos sem fibra e os valores do coeficiente de Poisson variaram num intervalo
usual para os concretos.
2.4.3.3
Comparação de desempenho entre concretos com fibras de aço, impregnado
com polímero e convencional
HOUGHTON, BORGE e PAXTON (19__)56 verificaram a resistência à
abrasão e à cavitação de concreto convencional, concreto com fibras de aço e concreto
impregnado com polímeros. Na Tabela 23, são apresentadas as características básicas
dos traços usados no concreto convencional e com fibras de aço.
TABELA 23 - CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DOS TRAÇOS USADOS NOS
CONCRETOS 56
DESCRIÇÃO
Máximo tamanho do agregado (mm)
Teor de água (kg/m3 )
Teor de cimento - CP II (kg/m3 )
Teor de areia (%)
Fibra de aço (0,25 x 0,56 x 25,4 mm) (kg/m3 )
Redutor de água (ml/kg)
Ar incorporado (%)
Abatimento (mm)
Resistência à compressão a 7 dias (MPa)
CONCRETO
CONVENCIONAL
38
142
356
33
----4
51 a 64
21,7
31,5
41,1
CONCRETO
COM FIBRAS DE AÇO
19
176
409
52
83,1
2
4
51 a 70
28,4
41,8
53,9
Dois testes de polimerização foram efetuados em parte dos CPs com concreto
convencional e com fibras. O primeiro destes foi realizado na superfície de cobertura
do concreto. O CP foi previamente seco pelo aquecimento e após resfriamento, foi
feita a aplicação do monômero na superfície (espessura de 0,3 a 0,6 cm). O segundo
teste foi feito por absorção do polímero a certa profundidade. A polimerização foi
efetuada sob temperatura.
118
Com os resultados analíticos dos ensaios de cavitação e erosão efetuados
sobre os materiais, os autores puderam concluir que:
- concreto com fibras de aço é mais resistente do que o concreto
convencional – houve aumento significativo na resistência;
- a polimerização do concreto convencional (superfície de cobertura)
aumenta a resistência ao desgaste em uma ordem de grandeza e é
equivalente ao do concreto com adição de fibras; e
- melhores resultados foram obtidos em resistência ao desgaste, pela
polimerização dos concretos reforçados com fibras e pela polimerização
do monômero com areia, na cobertura do concreto convencional (estes
testes não foram levados até o processo de falha total).
119
Capítulo 1
INTRODUÇÃO
CAPÍTULO 2
MECANISMOS,
OCORRÊNCIAS,
REPAROS
CAPÍTULO 3
MATERIAIS E
MÉTODOS
CAPÍTULO 4
RESULTADOS E
DISCUSSÃO
CAPÍTULO 5
CONCLUSÕES
Capítulo 3
3 MATERIAIS E MÉTODOS
120
3.1 MATERIAIS
Devido à numerosa quantidade de dosagens dos concretos e argamassas,
alguns materiais precisaram ser adquiridos em lotes distintos como, por exemplo, o
cimento, que tem sua validade restrita a três meses. Outros materiais tiveram que ser
repostos, visto que houve diversos estudos de dosagens para se conseguir os
parâmetros requeridos.
Materiais como cimento, agregados, e aditivos superplastificantes foram
adquiridos pelo LACTEC. Já a sílica ativa, as fibras de aço, a argamassa epoxídica e a
argamassa polimérica foram doados pelos respectivos fabricantes e fornecedores.
Para simplificação, todos os materiais obtidos e utilizados nos ensaios
laboratoriais constam na Tabela 24, com seus respectivos números de registro e
finalidade. Reparos 1 e 2 referem-se à primeira e à segunda batelada de ensaios,
respectivamente. Os trabalhos referentes à obra e os estudos de concretagem submersa
encontram-se em PORTELLA e KORMANN (2001a) 1.
A amostra 4.0058.01 de brita 1 utilizada nas dosagens dos MRs foi
descartada, pois seus grânulos eram friáveis.
TABELA 24 - MATERIAIS UTILIZADOS NO PREPARO DOS CONCRETOS E
ARGAMASSAS
MATERIAL
cimento CP II-Z 32
areia natural
brita 1
água (tratada para consumo)
sílica ativa
fibra de aço l/d=65
argamassa epoxídica
argamassa polimérica
REGISTRO nº
FINALIDADE
4.0160.00
concreto-referência
4.0013.01
concreto-referência / reparos 1
4.0055.01
concreto-referência / reparos 2
4.0106.00
reparos
4.0161.00
4.0056.01
reparos 2
4.0108.00
reparos 1 e 2
4.0162.00
4.0058.01
descartada
4.0099.00
reparos
4.0004.01
reparos
4.0011.01
reparos 1
4.0044.01
reparos 2
4.0007.01
reparos 1
-reparos 2
121
3.1.1
Cimento
As análises químicas dos cimentos CP II-Z 32 foram realizadas, conforme as
normas brasileiras e outras referências da literatura e estão listadas na Tabela 25. Os
objetivos básicos foram os de identificar e determinar quantitativamente os principais
compostos químicos presentes.
TABELA 25 - NORMAS UTILIZADAS PARA AS ANÁLISES QUÍMICAS DO
CIMENTO CP II-Z 32
REFERÊNCIA
TÍTULO
DETERMINAÇÃO
Cimento Portland – Determinação de perda ao fogo –
Perda ao fogo
Método de ensaio
Cimento Portland – Determinação de resíduo solúvel
Resíduo insolúvel
– Método de ensaio
Cimento Portland – Determinação de anidrido
Teor de SO3
sulfúrico – Método de ensaio
Cimento Portland – Determinação de óxido de sódio
e óxido de potássio por fotometria de chama –
Teor de Na2O, K2O
Método de ensaio
Cimento Portland – Determinação de óxido de cálcio
Teor de CaO livre
livre pelo etilenoglicol - Método de ensaio
Teores de Al2 O3 ,
Cimento Portland comum e clínquer - Análise
SiO2 , Fe2 O3 , CaO,
química por complexometria - Método de ensaio
MgO
Cimento Portland Pozolânico – Análise Química –
Análise química
Método de ensaio
NBR 5743/89 57
NBR 5744/89 58
NBR 5745/89 59
NBR 5747/89 60
NBR 7227/89 61
NBR 9203/85 62
NBR 8347/92 63
MEHTA, P. K.;
MONTEIRO, P. J.6
TAYLOR, H. F. W. 64
Equivalente alcalino
Na2O eq.
Análises físico-químicas no cimento
DTA/TGA, Na2O eq
As análises físicas, tais como as análises químicas, foram desenvolvidas
segundo metodologias recomendadas em normas e estão especificadas na Tabela 26. O
objetivo foi o de caracterizar o cimento de forma a verificar se o produto se encontra
dentro do especificado pelo fabricante e, se não houve deterioração ao longo da
estocagem e armazenamento no mercado.
Além das análises especificadas na Tabela 26, há os ensaios de resistência à
compressão
da
argamassa,
em
CPs
cilíndricos
de
φ(5 x 10) cm,
segundo
recomendações da norma NBR 7215/9865 e especificação técnica da NBR 11578/9166.
A reatividade potencial é analisada segundo método normalizado da NBR 9773/8767.
122
TABELA 26 - NORMAS UTILIZADAS PARA AS ANÁLISES FÍSICAS DO
CIMENTO CP II-Z 32
NORMA
NBR 11579/91
68
NBR 11581/91
69
NBR 11582/91
70
NBR NM 23/01
71
NBR NM 76/98
72
3.1.2
TÍTULO
DETERMINAÇÃO
Cimento Portland – Determinação da finura por meio da Resíduo nas # 200 e
peneira 75 mm (nº 200) – Método de ensaio
325
Cimento Portland – Determinação dos tempos de pega –
Tempos de pega
Método de ensaio
Cimento Portland – Determinação da expansibilidade de Expansibilidade a
Le Chatelier – Método de ensaio
quente
Cimento Portland e outros materiais em pó –
Massa específica
Determinação de massa específica
Cimento Portland – Determinação da finura pelo método
Finura
de permeabilidade ao ar (Método de Blaine)
Agregados
Os ensaios de caracterização dos agregados foram feitos seguindo as normas
listadas na Tabela 27 e na Tabela 28. O objetivo principal foi verificar a qualidade das
matérias-primas e subsidiar os cálculos para o desenvolvimento dos traços dos
concretos e argamassas trabalhados, tais como: coeficiente de absorção de água e
massa específica.
3.1.2.1
Agregado miúdo - areia natural
Os ensaios realizados para caracterização da areia natural estão descritos na
Tabela 27 e têm como objetivos: qualificar os materiais, o teor de impurezas e
subsidiar os estudos de dosagens.
TABELA 27 - NORMAS UTILIZADAS PARA CARACTERIZAÇÃO DA AREIA
NATURAL
NORMA
NBR 7217/87 73
NBR 7218/87 74
NBR 7219/87 75
NBR 7220/87 76
NBR 9776/87 77
NBR NM 30/01 78
TÍTULO
DETERMINAÇÃO
Determinação da composição granulométrica dos
Granulometria
agregados – Método de ensaio
Determinação do teor de argila em torrões nos
Teor de argila em
torrões
Determinação do teor de materiais pulverulentos nos
Material Pulverulento
Avaliação das impurezas orgânicas húmicas das areias
Avaliação das
para concreto – Método de ensaio
impurezas orgânicas
Determinação da massa específica de agregados
Massa específica e
miúdos por meio do Frasco de Chapman
SSS
Agregado miúdo – Determinação da absorção de água
Absorção
123
3.1.2.2
Agregado graúdo - brita 1
Os ensaios realizados para caracterização dos agregados graúdos estão
descritos na Tabela 28, bem como suas normas correspondentes.
TABELA 28 - NORMAS UTILIZADAS PARA CARACTERIZAÇÃO DA BRITA 1
NORMA
NBR 7217/8773
NBR 7218/8774
NBR 7219/8775
NBR 9937/87 79
3.1.3
TÍTULO
DETERMINAÇÃO
Determinação da composição granulométrica dos
Granulometria
Determinação do teor de argila em torrões nos
Teor de argila em
torrões
Determinação do teor de materiais pulverulentos
Material Pulverulento
nos agregados - Método de ensaio
Determinação da absorção e da massa específica de
Absorção, massa
agregado graúdo – Método de ensaio
específicas SSS e seca
Sílica Ativa
Foi realizada a caracterização da sílica ativa, conforme normas da Tabela 29
e outros ensaios físico-químicos, cuja metodologia está fundamentada nos manuais dos
respectivos equipamentos, e descritas nos itens 3.2.10 e 3.2.13. O primeiro ensaio é
para identificar se a sílica ativa é amorfa ou cristalina e, o segundo, para determinar a
distribuição do diâmetro médio das partículas, respectivamente.
TABELA 29 - NORMAS UTILIZADAS PARA CARACTERIZAÇÃO DA SÍLICA
ATIVA
NORMA
NBR
13956/97
80
13957/97
81
3.1.4
TÍTULO
DETERMINAÇÃO
Sílica ativa para uso em cimento Portland,
concreto, argamassa e pasta de cimento Portland –
Especificação, limites
Especificação
Sílica ativa para uso em cimento Portland,
Teores de SiO 2 , Na2O, K2 O,
concreto, argamassa e pasta de cimento Portland –
umidade, perda ao fogo,
Métodos de ensaio
resíduo na #45 µm
Para a análise físico-química das argamassas epoxídica e polimérica, foram
efetuados ensaios por espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier
124
(FTIR) com o intuito de caracterizar os componentes químicos orgânicos destas
argamassas. Os materiais foram dispersos em pastilhas de KBr, que serviram de
suporte, e o equipamento operou na faixa de número de onda entre 500 e 5000/cm,
com 20 varreduras/min.
3.1.4.1
Argamassa Epoxídica
A análise química da argamassa epoxídica foi efetuada por FTIR, no material
sólido e curado, disperso em pastilhas de brometo de potássio (KBr), conforme
descrição no item 3.2.14.
A identificação da carga inorgânica foi realizada pelo método de difração de
raios X (DRX), descrito no item 3.2.10.
3.1.4.2
Argamassa Polimérica
Tal como para a argamassa epoxídica, a análise química da argamassa
polimérica foi efetuada por FTIR, no material sólido e curado, disperso em pastilhas
de KBr, conforme descrição no item 3.2.14.
A identificação da carga inorgânica foi realizada por DRX, conforme
descrito no item 3.2.10.
3.1.5
Fibras de Aço
Dentre os três tipos de fibras de aço doadas pelo fornecedor de fatores
comprimento/diâmetro (l/d) de 45, 65 e 80, foi escolhido o de alto desempenho l/d=65,
por ser compatível com o φmáx agregado de 19 mm.
Os ensaios realizados no laboratório foram o de análise dimensional,
identificação da liga de aço por microscopia eletrônica de varredura (MEV) com
microssonda analítica de raios X (EDS) e microscopia óptica com banco
metalográfico.
125
3.2 MÉTODOS
Neste tópico serão apresentados as metodologias aplicadas para avaliação do
desempenho dos materiais, como as diversas dosagens, preparo dos CPs, aplicação dos
MRs, bem como características particulares empregadas na pesquisa, sendo detalhados
aqueles procedimentos que não estão normalmente descritos nas normas e documentos
divulgados na literatura.
Ressalta-se que no trabalho realizado por LEITE e ABBUD (1996) 16, foram
verificadas as condições das estruturas da UHE Capivara, quanto ao método
construtivo e durabilidade, sendo que não foram constatados indícios de cavitação e o
estudo foi particularizado aos problemas de abrasão.
Relembra-se que as avaliações não podem ser tomadas como quantitativa da
vida útil do concreto e sim, de uma idéia qualitativa e comparativa dos materiais
empregados na produção, processos de aplicação, cura, acabamento, etc. Com a
comparação de resultados, pretende-se eleger o material de reparo que é mais eficiente
considerando as condições de campo pressupostas.
Alguns CPs de determinados ensaios tiveram que ter suas dimensões
reduzidas, devido à quantidade de material necessária. Estes ensaios foram os de
resistência à tração na flexão e ensaios de resistência acelerada.
Os CPs destinados ao ensaio de envelhecimento acelerado tiveram suas
dimensões baseadas na metodologia das câmaras de intemperismo. Após o término de
cada período de tempo de exposição, uma parte dos lotes dos CPs foi retirada das
câmaras e submetida a ensaios de resistência à tração na flexão.
3.2.1
Dosagens
O traço do concreto considerado para produção do concreto-referência (CR)
e dos demais MRs para os estudos, foi baseado em traço produzido na obra da UHE
Capivara (USINA CAPIVARA, 19__)17 e corresponde a 1: 1,61: 2,99: 0,376. A
126
resistência característica f ck de tal traço é próxima de 40 MPa, aos 28 dias.
Porém, simplificações foram necessárias para a produção do CR. O concreto
da obra teve 17% de pozolana adicionada em sua composição. Nos estudos de
laboratório, trabalhou-se com cimento tipo CP II-Z 32, ou seja, cimento com adição de
pozolana, em torno de 13%. Também, no concreto produzido na obra foi utilizado gelo
para garantia das características ideais de temperatura, trabalhabilidade e tempo de
pega. Como no laboratório não houve problemas quanto a estas características para o
lançamento, a quantidade equivalente de gelo foi adicionada na água de amassamento.
Para as dosagens dos concretos, foi seguido procedimento de execução de
dosagens LAME 1.03.08.1682, baseado na norma NBR 12821/9383.
Para a argamassa com sílica ativa, a partir do mesmo procedimento, obteve se melhor mistura alterando-se a ordem de colocação dos materiais na betoneira,
conforme exposto no item 3.2.1.2.
Para os materiais pré-prontos, argamassas epoxídica e polimérica, as
recomendações dos fabricantes foram seguidas, porém, estudos de dosagem tiveram de
ser efetuados para a argamassa polimérica para melhoria de suas resistências,
conforme a ser explicitado no item 4.2.3.
Para simplificação na citação dos MRs, adotou-se as designações:
- argamassa com sílica ativa – SA;
- argamassa epoxídica – AE;
- argamassa polimérica – AP;
- concreto com fibras de aço – FA.
Tanto para o CR quanto para os MRs, foram realizadas mais de uma batelada
de dosagem para obtenção de mais parâmetros para as avaliações laboratoriais. Porém,
somente da primeira batelada de dosagem de CR e MRs foram moldados os CPs para
os ensaios de resistência à abrasão e de aderência à tração. Das demais, foram
moldados CPs para os ensaios de resistência à compressão axial simples, módulo de
deformação estática e permeabilidade.
127
Como a primeira dosagem de CR foi realizada em três etapas (três dias), cada
etapa recebeu um código distinto, na seguinte ordem: E-690, E-694 e E-695. E como
seriam três CPs por sistema de reparo, foi apanhada uma bolacha de cada etapa de
dosagem de CR, para aplicação dos MRs. Assim sendo, os sistemas ficaram
compostos com os códigos E-690|MR, E-694|MR e E-695|MR.
Resumidamente, na Tabela 30 são apresentadas as dosagens realizadas para
os CRs e MRs, com suas respectivas características como consumo de materiais,
φmáx agregado, fator a/c, entre outros.
TABELA 30 - TABELA-RESUMO DAS DOSAGENS REALIZADAS PARA OS
CRs E MRS
DOSAGEM/
FINALIDADE
a/c
φ máx
(mm)
BRITA 1
(kg/m3 )
E-690/ CR
E-694/ CR
E-695/ CR
E-697/ CR
E-712/ SA
E-713/ FA
E-714/ AE
E-715/ AP
E-762/ CR
E-784/ AE
E-785/ AP
E-786/ SA
E-787/ FA
0,376
0,376
0,376
0,376
0,5
0,45
18% água
0,466
11% água
0,45
0,45
19
19
19
19
4,8
19
19
4,8
19
1274
1274
1274
1274
1180
458
1180
ADIÇÕES
AREIA CIMENTO
(%)
(kg/m3 )
(kg/m3 )
sílica fibra
ativa de aço
686
426
686
426
686
426
686
426
1558,5
426
10
845,6
426
11,3
754,4
465
1580
426
10
845,6
426
11,3
Quanto ao exposto na Tabela 30, observa-se que:
I. os fatores a/c das dosagens E-712, E-786 são em relação ao total de
material cimentíceo, ou seja, cimento+sílica ativa (c+s);
II. as dosagens E-714, E-715, E-784 e E-785 referem-se às dosagens dos
MRs encontrados "prontos" comercialmente, bastando misturar os
componentes para E-714 e E-784, e adicionar água para E-715 e E-785;
III. as porcentagens de adição sílica ativa e fibra de aço referem-se ao
consumo de cimento;
128
IV. as dosagens E-690 à E-697 têm os mesmos consumos e diferem na
designação somente pelo fato de terem sido realizadas em dias
diferentes;
V. não foi utilizado nenhum tipo de aditivo nestas dosagens.
3.2.1.1
Dosagens do concreto-referência - CR
As dosagens de CR seguiram o traço-base 426-B1-H, da UHE Capivara. Na
Tabela 31, apresenta-se o traço 426-B1-H.
TABELA 31 - TRAÇO-BASE (426-B1-H) DA UHE CAPIVARA
17
PESO DOS MATERIAIS (kg/m3 )
CIMENTO POZOLANA ÁGUA GELO AREIA BRITA 1
354
72
64
96
686
1274
Este traço previa o uso de cimento CP I com adição de pozolana no teor
médio de 17%. Experimentalmente, optou-se pelo uso de cimento CP II–Z 32 com
adição de pozolana, no teor médio de 13%, por simplificações laboratoriais, pela
disponibilidade de mercado e teor equivalente de pozolana próximo do traço
considerado.
Do CR foram efetuadas cinco dosagens, sendo que as três primeiras serviram
para moldagem dos CPs para os ensaios de resistência à abrasão e de aderência à
tração, e a E-697 serviu para controle de resistência. Verificou-se que nestas quatro
dosagens o concreto apresentou-se extremamente seco, porém moldável. Mesmo com
este fato, não houve adição de aditivo superplastificante. Para melhorar a
trabalhabilidade, efetuou-se a quinta dosagem, E-762, com aumento do fator a/c e para
controle da variação de resistência à compressão axial.
3.2.1.2
Dosagens da argamassa com sílica ativa – SA
Tomando-se por base o traço referência 426-B1-H da UHE Capivara,
iniciou-se a composição do traço para a argamassa com sílica ativa. Conforme revisão
129
da literatura (GHAFOORI; DIAWARA, 1999)39, estudos demonstraram teores ótimos
de sílica ativa em torno de 10% massa de cimento, em substituição ao agregado miúdo.
Na primeira tentativa de dosagem, o traço considerado foi 1: 4: 0,41: 0,1
(cimento: areia: a/c+s: sílica), e a ordem de colocação na betoneira foi: areia,
cimento+sílica, e por fim a água, iniciando-se a mistura. Porém, observou-se que os
componentes não apresentaram boa homogeneidade, além de que o material ficou
seco, provavelmente por problemas de umidade da areia.
Fez-se a secagem da areia ao sol, diminuiu-se o teor de areia da composição
e estudou-se um novo valor para o fator a/c+s, visto que a adição de sílica acabaria
interferindo na trabalhabilidade do concreto/argamassa. O novo valor foi de 0,5.
Utilizou-se a argamassadeira para verificação dos novos valores, da melhor
ordem de colocação dos componentes e, também, se o novo fator a/c+s era adequado.
A areia foi colocada primeiro e depois o cimento+sílica. Estes materiais secos foram
misturados por um minuto. Após isso, adicionou-se a água e verificou-se que a
argamassa apresentou ótima homogeneidade bem como ótima trabalhabilidade.
Então, iniciou-se a mistura na betoneira seguindo-se o novo traço
1: 3,66: 0,5: 0,1 e ordem de colocação. A segunda etapa de dosagem seguiu a mesma
metodologia obtida na primeira dosagem.
3.2.1.3
Dosagens da argamassa epoxídica – AE
A AE foi dosada conforme indicações do fabricante. Este tipo de material é
composto pelos componentes A (resina) + B (endurecedor) e C (areia de quartzo).
A ordem de mistura foi adicionar o endurecedor à resina até total
homogeneização. Após, foi adicionada a areia de quartzo aos poucos, misturando por
completo com o auxílio de um misturador universal. Foram seguidos os mesmos
procedimentos para ambas as dosagens.
Na Figura 15, é mostrado o processo de mistura da AE.
130
A
B
FIGURA 15 - A) MISTURA DOS COMPONENTES RESINA E ENDURECEDOR;
B) ADIÇÃO DA AREIA DE QUARTZO
3.2.1.4
Dosagens da argamassa polimérica – AP
Também, para a produção da argamassa polimérica, foi utilizado um produto
pronto, no qual somente foi necessário acrescentar água e utilizar o misturador
universal, semelhante à mistura da AE. O teor de água indicado pelo fabricante ficou
em torno de 18%. Uma segunda dosagem foi realizada com teor de água de 11%.
3.2.1.5
Dosagens do concreto com fibras de aço – FA
Após a verificação na bibliografia da quantidade ideal de fibra de aço,
valores estes variando de 10 a 15 % da massa de cimento em substituição ao agregado
graúdo, e as dimensões desta, conforme a dimensão máxima do agregado (19 mm),
optou-se por adicionar 12% de fibra de aço, com fator de forma l/d 65/60.
Utilizando-se o traço referência da UHE Capivara, o primeiro traço estimado
foi de 1: 1,61: 2,94: 0,45: 2,42. Porém, apesar do concreto apresentar mistura
homogênea, pôde-se observar que a granulometria ficou descontínua, não havendo
"fechamento" da massa.
Para a correção deste fato, optou-se por aumentar o teor de argamassa,
conforme indicação da referência de FURNAS (1997)84. Assim sendo, acrescentou-se
10% de massa de areia, de cimento e de água, fazendo com que o novo traço ficasse 1 :
131
1,985: 2,77: 0,45: 2,42 (11,3% da massa de cimento). Desse modo, a massa de
concreto apresentou ótimas características visuais: homogeneidade e massa contínua.
A segunda dosagem obedeceu ao traço ótimo da primeira dosagem.
3.2.2
Moldagem dos CPs
De modo geral, a moldagem dos CPs de concreto para os diversos ensaios
seguiu a NBR 5738/9485. Para os CPs das argamassas, baseou-se na NBR 7215/9865,
salvo algumas exceções no procedimento a serem explanadas no item 3.2.5.
3.2.2.1
CPs para ensaio de abrasão pelo método submerso e de resistência de
aderência à tração
Os ensaios de abrasão pelo método submerso, conforme ASTM C1138/979,
foram executados em CPs de concreto com diâmetro interno φint de 30 cm e altura de
10 cm.
As fôrmas para a moldagem dos CPs foram fabricadas com tubo de PVC
com φint(30 x 10) cm e base de madeira compensada. A fixação de ambas foi realizada
com parafusos e a vedação entre as partes foi feita com cera. Na Figura 16, é mostrada
a fôrma fabricada para a moldagem dos CPs para os ensaios.
FIGURA 16 - FÔRMA PARA A MOLDAGEM DOS CPS PARA ENSAIO DE
ABRASÃO E DE RESISTÊNCIA DE ADERÊNCIA
132
Os CPs com CR foram moldados por completo, usando-se adensamento por
vibração de imersão. E após acabamento superficial e antes da pega do CR, foi feita
uma cavidade de forma côncava, de aproximadamente φ(20 x 5) cm, para que o MR
fosse aplicado e a avaliação dos sistemas pudesse ser realizada.
Ambos os CPs estão mostrados na Figura 17, sendo o do lado esquerdo (A),
a face lisa do CP de CR para valores de referência e o do lado direito (B), a face com
vazio para a aplicação dos MRs.
A
B
FIGURA 17 - ILUSTRAÇÃO DOS CP S DE CR: A) FACE LISA DO CP DE CR
B) FACE COM VAZIO PARA A APLICAÇÃO DOS MRS
As aplicações dos MRs ocorreram em dias distintos e quando os CPs de CR
estavam com idade média de 60 dias, aproximadamente.
Salienta-se que não foi utilizado nenhum tipo de adesivo na cavidade a
receber o MR, evitando-se mais variáveis no estudo, como espessura da camada de
adesivo e uniformidade de aplicação deste, e para que a aderência do MR ao CR não
ficasse dissimulada pelo uso do adesivo. O preenchimento da região vazia do CP com
os respectivos MRs é ilustrado na seqüência.
3.2.2.1.1 Sistema CR|SA
Após umedecimento com água na superfície a ser aplicada a SA, o material
foi colocado na cavidade, seu adensamento foi feito com soquete e o acabamento final
com colher de pedreiro, conforme ilustra a Figura 18.
133
A
B
FIGURA 18 - A) APLICAÇÃO DO REPARO COM SA COM SOQUETE;
B) ACABAMENTO DO CP COM SA
3.2.2.1.2 Sistema CR|AE
Após mistura do material, este foi derramado na cavidade do CP. Como é
auto-adensável, não necessitou de compactação nem acabamento posterior. A
aplicação da AE pode ser vista na Figura 19.
A
B
FIGURA 19 - A) APLICAÇÃO DA AE; B) SUPERFÍCIE DO SISTEMA CR|AE
APÓS APLICAÇÃO DO MR
3.2.2.1.3 Sistema CR|AP
A AP também foi derramada na cavidade do CP. Apesar do autoadensamento especificado pelo fabricante, o material necessitou de acabamento
superficial (Figura 20).
134
A
B
FIGURA 20 - A) APLICAÇÃO DA AP; B) SUPERFÍCIE DO SISTEMA COM AP
APÓS ACABAMENTO COM COLHER DE PEDREIRO
3.2.2.1.4 Sistema CR|FA
Após saturação com água da superfície a receber o FA, foi realizado
adensamento em mesa vibratória e posterior acabamento superficial com colher de
pedreiro (Figura 21).
A
B
FIGURA 21 - A) ADENSAMENTO NA MESA VIBRATÓRIA; B) SUPERFÍCIE
ACABADA DO SISTEMA CR|FA
3.2.2.2
CPs para resistência à compressão axial simples, módulo de deformação
estática e permeabilidade
Foram moldados CPs nas dimensões recomendadas pelas normas específicas
NBR 5739/9486, NBR 8522/8487 e NBR 10786/8988, apresentadas nos itens 3.2.5, 3.2.8
e 3.2.9, respectivamente. A Figura 22 mostra um conjunto de CPs moldados.
135
FIGURA 22 - FOTO ILUSTRANDO CPS PARA ENSAIOS DE RESISTÊNCIA
MECÂNICA E PERMEABILIDADE
3.2.2.3
CPs para resistência à tração por flexão e envelhecimento acelerado
Para os ensaios de resistência à tração na flexão, segundo item 3.2.6, vigotas
dos CRs e dos MRs foram moldadas nas dimensões (10 x 10 x 35) cm, seguindo
exemplo do estudo apresentado por QIAN e STROEVEN (2000)89, os quais realizaram
estudos de resistência à tração na flexão em vigotas menores do que as dimensões
especificadas em norma. E como nesta pesquisa seria feita análise comparativa dos
resultados destes ensaios, optou-se por fazer os CPs fora do recomendado pela norma
NBR 12142/9290. O restante da metodologia especificada por esta norma foi seguido,
tal como o plano de carregamento. Foto ilustrativa das vigotas moldadas de SA é
apresentada na Figura 23.
FIGURA 23 - VIGOTAS MOLDADAS DE SA
136
Para os ensaios de envelhecimento acelerado, conforme item 3.2.7, CPs
prismáticos (barrinhas) nas dimensões de (3 x 1,5 x 10) cm para os sistemas CR|SA,
CR|AE, CR|AP, e (4 x 2 x 10) cm para o sistema CR|FA, foram obtidos pelo corte das
bolachas usadas no ensaio de aderência. Isto foi feito porque era necessário que os
CRs para o envelhecimento estivessem com idade em torno de 90 dias e, para otimizar
o tempo de exposição à radiação UV, decidiu-se pelo corte das mesmas. Detalhe do
corte das barrinhas pode ser visto na Figura 24.
FIGURA 24 - DETALHE DO ACABAMENTO DOS CPS DE SUBSTRATO PARA
O ENSAIO DE ENVELHECIMENTO
Foram feitas fôrmas de madeira com sistemas de encaixe interno para
facilitar na desmontagem e retirada das barrinhas. A colocação destas nas fôrmas e
com MR já aplicado, podem ser observados na Figura 25.
A
B
FIGURA 25 - A) COLOCAÇÃO DAS BARRINHAS DE CR NAS FÔRMAS; B) CPs
DE AE MOLDADOS PARA O ENVELHECIMENTO
137
Após aplicação dos MRs, as dimensões finais dos CPs do ensaio de
envelhecimento acelerado, ficaram (3 x 3 x 10) cm para os sistemas CR|SA, CR|AE e
CR|AP, e (4 x 4 x 10) cm para o CR|FA devido ao tamanho da fibra. O tempo de cura
dos sistemas foi de 7 dias.
3.2.3
Ensaio de Resistência à Abrasão pelo Método Submerso
Os estudos de resistência à abrasão dos diversos materiais foram realizados
seguindo procedimento de ensaio LAME 1.03.08.0691, baseado na norma americana
ASTM C1138/979, visto que não há norma brasileira para este ensaio.
Para tal, foram confeccionadas bolachas de concreto com φ(30 x 10) cm e
após a moldagem, foi feito um "vazio" tirando-se material do centro para posterior
aplicação do reparo. Sendo assim, o "vazio" não tem dimensões definidas e, portanto,
para cada bolacha obteve -se uma quantidade diferente de MR aplicado. Devido a este
fato, a comparação de desempenho de resistência à abrasão foi feita por estimativa
relativa ao CP de concreto-referência. Os ensaios de abrasão foram executados nos
CRs após 90 dias das dosagens e nos sistemas de reparo com idade média de 28 dias.
Os CPs foram ensaiados aos pares, visto que o laboratório dispunha de dois
equipamentos de abrasão. Iniciado o ensaio para o CR, com idade média de 90 dias, os
sistemas foram ensaiados na seguinte ordem: FA, AE, AP e SA. Na ocasião, os MRs
aplicados nas bolachas estavam com idade média de 28 dias.
A comparação da resistência à erosão de vários materiais pode servir de
medida de desempenho. Para tanto, é necessário que o ensaio seja capaz de simular o
desgaste ocorrido na prática, e que haja a medida de perda de peso na unidade de
tempo, no caso de ensaios como os de resistência à abrasão e cavitação (QUINTELA;
RAMOS, 1980, p. 34)13.
O objetivo do ensaio de resistência à abrasão é verificar, comparativamente
entre os sistemas de reparo estudados, a perda de massa e a influência da interface
CR|MR, em função do tempo e em condições aceleradas, já que no campo ocorre
138
situação similar, mas em tempos mais prolongados.
O equipamento para o ensaio de abrasão e algumas da fôrmas utilizadas são
mostrados na Figura 26. O método do ensaio é baseado na medida posterior da perda
de massa ocasionada nos CPs pela fricção de esferas de aço, inseridas em meio aquoso
e dispostas sobre a superfície do mesmo, em função do tempo de exposição ao agente
agressivo. O método é comparativo, uma vez que todos os sistemas de reparo mais o
CR foram verificados seguindo a mesma metodologia.
FIGURA 26 - EQUIPAMENTO PARA ENSAIO DE
RESPECTIVAS FÔRMAS PARA OS CPS
ABRASÃO
E
AS
A vista interna da câmara de ensaio, contendo as esferas de aço sobre a
superfície do CP é mostrada na Figura 27A. Sobre o conjunto CP e esferas de aço é
adicionada água até a altura de 17 cm recomendada na norma, conforme Figura 27B.
Após tais procedimentos, o sistema é fechado e acionado. Os CPs são pesados a cada
24 horas, por um período de três dias.
A
B
FIGURA 27 - A) PREPARO DO ENSAIO; B) VERIFICAÇÃO DA ALTURA DE
ÁGUA DE 17 CM
139
3.2.4
Ensaio de Resistência de Aderência dos Sistemas CR|MRs
Para o ensaio de resistência de aderência, foram utilizados CPs semelhantes
aos do ensaio de abrasão produzidos na mesma ocasião. O MR foi aplicado da mesma
maneira, e neles foi colada placa metálica na região do reparo, para posterior
acoplamento no dispositivo de ensaio. Como houve pouca ou nenhuma avaria no CP,
foram extraídos testemunhos destes, para que fossem submetidos a ensaio de
resistência à tração direta.
Como não há norma para realização do ensaio de resistência de aderência do
concreto, tomou-se por base a NBR 13528/9592. Por este fato, foram feitas adaptações
como na velocidade de carregamento, no tipo de placa colada na superfície do CP e na
fixação do CP na máquina de ensaio. Como as placas utilizadas possuíam 15 cm de
diâmetro, a velocidade considerada foi de 1250 kgf/s.
Na Figura 28, são apresentados detalhes da colagem da placa nos CPs.
A
B
FIGURA 28 - A) COLAGEM DA PLACA PARA ENSAIO DE RESISTÊNCIA DE
ADERÊNCIA À TRAÇÃO; B) CP CONCLUÍDO PARA O ENSAIO
Outra experiência para verificar a aderência do sistema CR|MR foi realizada
extraindo-se testemunhos da região CR|MR, com dimensões φ(10 x 10) cm. Na Figura
29 são mostradas fotos da operação de extração dos testemunhos e o CP após extração.
140
A
B
FIGURA 29 - A) CP ACOPLADO NO DISPOSITIVO PARA EXTRAÇÃO DE
TESTEMUNHO; B) CP COM TESTEMUNHO EXTRAÍDO
3.2.5
Ensaio de Resistência à Compressão Axial Simples
Para os ensaios com os concretos CR e FA, a metodologia para determinação
da resistência à compressão seguiu a NBR 5739/94 86. Para a SA, utilizou-se a NBR
7215/9865.
Para a argamassa AP, o ensaio também baseou-se na NBR 7215/9865, visto
que se tratava de argamassa, porém, na primeira dosagem desta não foi possível
compactar o material nos moldes dos CPs pelo seu auto-adensamento. Já na segunda,
este fato foi possível, pois com a redução no teor de água, a massa ficou levemente
"seca", possibilitando a compactação manual. Em ambas as ocasiões, os CPs foram
armazenados como dita a NBR 7215/9865.
Já para a argamassa AE, seguiu-se a execução do ensaio disposta na NBR
7215/98, por se tratar de argamassa e por não se dispor de norma brasileira que trate de
argamassa com aglomerante a base de resina epóxi, além do fato de estar tratando as
argamassas de maneira igual. Mas, os CPs também não foram compactados
manualmente de vido ao auto-adensamento do material, não foram armazenados em
câmara com água, nem foram capeados por se saber que a resistência à compressão
axial da AE seria superior à suportada pelo material de capeamento. Então, para que as
superfícies do CP ficassem niveladas e sem defeitos, estas foram lixadas, apresentando
qualidade adequada para o acomodamento dos pratos da Máquina Universal de ensaio.
141
Fotos ilustrativas do ensaio podem ser vistas Figura 30.
A
B
FIGURA 30 - EQUIPAMENTOS UNIVERSAIS DE ENSAIO: A) CAP. 30 T COM
CP DE AE; B) CAP. 100 T COM CP DE FA
3.2.6
3.2.6.1
Resistência à Tração na Flexão
CPs dos materiais de reparo
A metodologia de ensaio de resistência à tração na flexão seguiu a
NBR 12142/9290, porém, com vigotas de (10 x 10 x 35) cm, como já explicado no item
3.2.2.3. Na Figura 31, é mostrado o dispositivo já colocado na Máquina Universal e
acomodação do CP.
FIGURA 31 - ACOMODAÇÃO DO CP NA MÁQUINA UNIVERSAL
142
3.2.6.2
CPs submetidos a envelhecimento acelerado
Os ensaios de durabilidade consistiram em envelhecimento acelerado, de
forma a simular a atividade intempérica decorrente da interação dos reparos com o
meio ambiente, tais como radiação por raios UV, variação de umidade e ciclos de
temperatura e secagem/molhagem por acomodação em câmara weather-o-meter.
Outros ensaios de verificação de durabilidade não foram realizados, pois foi dada
ênfase às condições climáticas da região da UHE Capivara, sendo que as variações de
temperatura são de grande amplitude durante o dia e ao longo do ano.
Para os CPs do ensaio de envelhecimento, o dispositivo e forma de colocação
das barras contendo o CR|MR na máquina universal são mostrados na Figura 32. Tal
ensaio baseou-se na ASTM C293/9493.
FIGURA 32 - DISPOSIÇÃO DO CP NA MÁQUINA UNIVERSAL
Foram ensaiados dois CPs de cada sistema e os resultados serviram como
parâmetro comparativo com os demais ensaios que seriam realizados em 800 e 2000
horas. Após 800 horas de radiação UV, dois CPs de cada sistema foram retirados da
câmara e submetidos ao ensaio de resistência à tração na flexão.
Ressalta-se a importância da disposição dos CPs na máquina de ensaio, visto
que a face que foi submetida à exposição direta de radiação deveria ficar de modo com
que o esforço de flexão incidisse sobre esta. Assim sendo, a região tracionada
(inferior) coincidiu com a face exposta à radiação. Isto porque é esta face que
caracteriza a possível deterioração dos materiais sob radiação e assim, podendo-se
143
estimar a perda de resistência, como mostra a Figura 33. Ambos os planos das
interfaces do sistema CR|MR e de direção da carga são paralelos.
FIGURA 33 - ENSAIO DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO NA FLEXÃO EM CP
SUBMETIDO A 800 HORAS DE ENVELHECIMENTO
ACELERADO POR RADIAÇÃO UV
3.2.7
Ensaio de Envelhecimento Acelerado Sob Radiação UV e Intemperismo
Para o envelhecimento acelerado dos sistemas de reparo, principalmente para
os derivados de compostos químicos orgânicos ou poliméricos, como a AE e AP,
foram utilizadas duas câmaras de ensaios. Na Figura 34, a primeira das câmaras,
somente com lâmpada UV, cuja exposição ficou em torno de 1500 horas e a segunda,
Figura 35, com câmara do tipo weather-o-meter, completando 2000 horas. A vantagem
do uso do segundo tipo de câmara é a possibilidade de se alternar radiação com ciclos
de temperatura e umidade.
A
FIGURA 34 - A) DETALHE
DA
CÂMARA
DE
RADIAÇÃO
B) ACOMODAÇÃO DOS CP S EM SEU INTERIOR
B
UV;
144
A
B
FIGURA 35 - A) DETALHE
DA
CÂMARA
DE
ENVELHECIMENTO
ACELERADO DO TIPO WEATHER-O-METER; B) ACOMODAÇÃO
DOS CPS NO INTERIOR DA CÂMARA
O método da segunda câmara de ensaio é baseado na norma ASTM G26/9594.
As condições do ensaio realizado na câmara weather-o-meter são:
- lâmpada de arco xenônio de 6500 Watts;
- temperatura do painel negro de (63 ± 3) ºC;
- ciclo: 102 minutos de luz e 18 minutos sob luz e aspersão;
- controle de umidade a 50%;
- água da câmara de ensaio: 25 ºC; pH entre 6 e 8.
3.2.8
Módulo de Deformação Estática Tangente Inicial
Os ensaios de módulo de deformação estática tangente inicial no CR e MRs
foram realizados em CPs com idade média de 7, 28 e 60 dias, e obedecendo ao exposto
pela norma NBR 8522/8987. A determinação deste tipo de módulo caracteriza a
deformabilidade do concreto (FURNAS, 1997)84.
Para o CR e FA foram utilizados CPs com φ(15 x 30) cm e para as
argamassas foram ensaiados CPs φ(5 x 10) cm. Os extensômetros foram colados nos
CPs. O procedimento de ensaio seguiu o plano de carga tipo II exposto pela norma
NBR 8522/89 87, que simula o carregamento de estruturas previamente submetidas a
carregamentos e descarregamentos, pois há interesse na simulação de uma estrutura
cuja carga acidental é grande em relação à permanente. Este plano de carga perfaz as
145
características de vertedores, com carregamentos e descarregamentos do fluxo d'água.
Na Figura 36, é mostrada colagem do extensômetro no CP e vista geral do
conjunto de medida com o extensômetro, dispostos na máquina universal de ensaios.
A
B
FIGURA 36 - A) PREPARAÇÃO DO CP; B) VISTA GERAL DO CONJUNTO DE
LEITURA DE DEFORMAÇÕES
3.2.9
Coeficiente de Permeabilidade
O ensaio de permeabilidade não foi realizado para os materiais de base
polimérica (argamassas epoxídica e polimérica), pois a maioria dos tipos de polímeros
utilizados como adições ou reparos possui baixa permeabilidade devido à quase
inexistência de poros comunicantes. Os ensaios nos CPs do CR e dos MRs foram
executados segundo metodologia recomendada na norma NBR 10786/8988.
Na Figura 37, está sendo mostrada a preparação do CP para o referido ensaio.
FIGURA 37 - PREPARO DOS CPS PARA O ENSAIO DE PERMEABILIDADE
146
3.2.10 Difratometria de Raios X - DRX
Permite identificar as fases cristalinas contidas no cimento, concreto, aditivos
e adições. A técnica emprega, normalmente, radiação CuKα, com comprimento de
onda 1,54056 Å, varredura angular 2θ, tensão em torno de 40 kV e corrente 40 mA.
Nas análises de cimento, da sílica ativa, AE, e AP utilizou-se radiação CoKα, com
comprimento de onda 1,78026 Å.
Fases amorfas (exemplo: sílica ativa reativa) aumentam a altura da linha base
do difratograma, principalmente nos ângulos menores e não apresentam picos relativos
a fases cristalinas.
3.2.11 Microscopia Eletrônica de Varredura – MEV, com Microssonda Analítica de
Raios X – EDS
A superfície de fratura e/ou polida dos CPs de concreto são metalizadas e
analisadas quanto à micrografia e composição química elementar.
As fibras de aço foram analisadas após ataque químico para revelar
contornos de grão.
O equipamento para a análise é da marca Philips, modelo XL30, equipado
com microssonda analítica de raios X, EDS.
3.2.12 Análise Termodiferencial DTA, Análise Termogravimétrica TGA e Análise
Dilatométrica DIL
Nas análises DTA e TGA, a amostra em forma de pó é analisada em função
da temperatura com taxas de aquecimento variáveis. Mede-se o calor absorvido e
liberado pela mesma, em função da referência (normalmente o ar atmosférico) em
presença de gás oxidante ou inerte e, simultaneamente, a perda ou ganho de massa em
função da temperatura.
147
É uma técnica que recentemente vem sendo utilizada com intuito de
caracterizar o cimento e argamassas de concreto, conforme TAYLOR (1990)64. Teores
de umidade e descarbonatação são facilmente verificados.
A análise DIL é usada para verificar o coeficiente de dilatação/contração
linear de uma amostra submetida a taxas de aquecimento/resfriamento controladas.
Equipamento
de
análises
térmicas
Netzsch
contendo
analisador
termodiferencial (DTA/TG), modelo STA 409, cell com TASC 414/2 e PU 1.815.01 e,
analisador DIL 402E foram utilizados nas medidas. Para a análise dilatométrica, foram
utilizados CPs dos materiais de reparo nas dimensões de (5 x 20) mm.
3.2.13 Análise Granulométrica
A distribuição granulométrica das partículas de sílica ativa foram
determinadas por granulômetro a laser, marca Cilas, modelo 1064, segundo
metodologia descrita no manual do equipamento PARTICLE (1992)95. A dispersão do
pó do material foi facilitada pelo uso de dispositivo ultra-som. Não foi utilizado agente
dispersante para a medida.
3.2.14 Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier - FTIR
FTIR foi utilizada com intuito de caracterizar os componentes químicos
orgânicos do concreto e argamassas poliméricos. Utilizou-se pastilhas de KBr como
suporte e equipamento BOMEN, operando na faixa de número de onda entre 500 e
5000/cm, com 20 varreduras/min.
3.2.15 Análise Metalográfica
As fibras de aço foram analisadas com banco metalográfico, Marca Leitz,
modelo MMC, após ataque com Nital. Ampliação máxima foi de 100 vezes, e
também, foi analisada a composição química elementar por MEV/EDS.
148
Capítulo 1
INTRODUÇÃO
Capítulo 2
MECANISMOS,
OCORRÊNCIAS,
REPAROS
Capítulo 3
MATERIAIS E
MÉTODOS
Capítulo 4
RESULTADOS E
DISCUSSÃO
Capítulo 5
CONCLUSÕES
Capítulo 4
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
149
4.1 RESULTADOS
DA
CARACTERIZAÇÃO
FÍSICO-QUÍMICA
DOS
MATERIAIS
4.1.1
Cimento CP II-Z 32
Visto que foram utilizados alguns lotes de cimento, na Tabela 32 constam os
resultados médios obtidos para cada teor. Salienta-se que a maioria das características
permaneceu dentro dos limites pré-estabelecidos pela norma NBR 11578/9166 e
literatura.
TABELA 32 - COMPOSIÇÃO QUÍMICA MÉDIA DO CIMENTO CP II-Z 32
TEORES LIMITES (%)
NBR 11578/9166
Al2 O3
6,9
-----SiO2
22,5
-----Fe 2 O3
3,0
-----CaO
53,1
-----MgO
5,3
Máx. 6,5
SO3
2,9
Máx. 4,0
Na2O
0,2
-----K2 O
1,0
-----CaO livre
1,2
1,00 a 2,00
Perda ao fogo
5,0
Máx. 6,50
Na2O equivalente
0,8
Máx. 0,60
Resíduos insolúveis
12,9
Máx. 16,0
Total
99,7
99,00 a 99,70
MÓDULOS, SATURAÇÃO E COMPOSIÇÃO POTENCIAL
M.Si
2,3
2,00 a 3,00*
Al/Fe
2,3
Máx. 2,5*
Saturação
68,7
-----COMPOSIÇÃO QUÍMICA
TEORES (%)
NOTA: *Limites estimados.
O teor em equivalente alcalino ultrapassou o valor máximo recomendado na
NBR 11578/91 66. Segundo NEVILLE (1997, p. 514)5 e a NBR 11578/9166, são
discutidos valores limites para os álcalis, principalmente Na2O e K2O, acima dos
quais, as reações químicas destes com alguns tipos de agregados provocam
deterioração do concreto.
Resultados de testes da reatividade potencial em laboratório seguindo a
NBR 9773/8767, mostraram-se inócuos com os tipos de agregados e classe de cimento
150
CP II-Z 32, estudados. A curva resultante em reatividade potencial nos primeiros 28
dias é demonstrada na Figura 38.
0,24
0,22
Limite aos 28 dias
0,20
Expansão média (%)
0,18
0,16
0,14
0,12
Limite aos 16 dias
0,10
0,08
0,06
0,04
0,02
0,00
-0,02
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
Tempo (dias)
FIGURA 38 - REATIVIDADE POTENCIAL DO CIMENTO CP II-Z 32
Os resultados da análise física dos cimentos encontram-se na Tabela 33 e
Tabela 34 e encontram-se dentro dos limites mínimos e máximos especificados em
norma NBR 11578/9166 e NBR 7215/9865, respectivamente.
TABELA 33 - RESULTADOS DA ANÁLISE FÍSICA DO CIMENTO CP II – Z 32
ENSAIOS
VALORES
Finura Blaine (cm2 /g)
Índice de finura peneira 200 (%)
Índice de finura peneira 325 (%)
Expansibilidade a quente (mm)
Início de pega (h)
Fim de pega (h)
Massa específica (g/cm3 )
3426
2,0
10,0
0,1
3:35 a 4:45
5:05 a 6:05
3,0
TABELA 34 - RESULTADOS DOS ENSAIOS DE
COMPRESSÃO DO CIMENTO CP II – Z 32
RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO
Valores obtidos (MPa)
Limites mínimos da NBR 11578/9166 (MPa)
3
24,1
10
LIMITES NBR
11578/9166
Mín. 2600
Máx. 12,0
----Máx. 5
Mín. 1:00
Máx. 10:00
----RESISTÊNCIA
Idade (dias)
7
28
28,1 35,5
20
32
90
43,0
--
À
151
Por DRX, verificaram-se as principais fases constituintes dos cimentos
analisados. O difratograma resultante é mostrado na Figura 39 e serve como padrão de
referência. A identificação das fases químicas presentes foi feita com base no banco de
dados do International Centre for Diffraction Data (ICDD). Os referidos
difratogramas encontram-se mostrados na própria Figura 39.
CIMENTO CP II-Z 32
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
Intensidade / u.a.
C a C O 3 (24-0027)
C a 3A l 2O 6 (32-0149)
CaO (28-0775)
SiO 2 (33-1161)
C a 4 A l2 F e2O ( 1 1 - 0 1 2 4 )
C a S O 4 .2H 2 O ( 3 6 - 0 4 3 2 )
C a S O 4. 0,5H 2 O ( 3 3 - 0 3 1 0 )
C a 3SiO 5 (42-0551)
C a 2SiO 4 (33-0302)
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
2 θ (graus)
FIGURA 39 - DIFRATOGRAMA DO CIMENTO CP II-Z 32 E DAS FASES
QUÍMICAS PRESENTES (CARTÕES DE DADOS DO ICDD)
O estudo termogravimétrico foi realizado com intuito de conhecer algumas
das fases químicas presentes no cimento e o comportamento das mesmas entre as
temperaturas de 20 ºC e 1500 ºC. O termograma relativo à análise DTA e TGA do
cimento está apresentado na Figura 40.
Importantes considerações podem ser feitas sobre os dados obtidos,
principalmente quanto à perda ao fogo, pois esta análise feita pelo método DTA/TGA
é mais precisa do que pelo método gravimétrico. Além disso, têm-se como vantagens a
152
rapidez no tempo de execução do ensaio, menor quantidade de amostra e a
possibilidade de identificação dos fenômenos ocorridos a cada intervalo de
temperatura. Assim, por exemplo, a análise do termograma da Figura 40 resulta que,
até 1000 ºC, a perda ao fogo total do cimento CP II-Z 32, foi de 6,06%, contra os
4,56% em peso, obtidos pelo método gravimétrico, normalizado, e apresentado na
Tabela 33. Destes 6,06%, atribui-se 0,80% (item 1 da Figura 40) à perda de umidade,
ou seja, umidade residual do cimento analisado e, 5,26% à descarbonatação (item 2 da
Figura 40, à aproximadamente 1000 ºC).
A perda por desidroxilação da portlandita é pequena e não foi considerada a
412,4 ºC. Acima de 1000 ºC a uma perda de cerca de 1,00% em massa do cimento,
valor este que pode ser atribuído aos voláteis, tal como ao SO3 presente.
0,10
_____ DTA CP II-Z 32
100
_ _ _ _ _ TGA CP II-Z 32
1
0,08
99
0,06
97
2
0,02
96
0,00
TG (%)
DTA (µV/mg)
98
0,04
95
-0,02
94
-0,04
93
-0,06
92
200
400
600
800
1000
1200
1400
Temperatura (°C)
FIGURA 40 - TERMOGRAMA DO CIMENTO CP II-Z 32
4.1.2
4.1.2.1
Agregados
Agregado miúdo – areia natural
As amostras de areia natural utilizadas para os CRs e MRs apresentam curvas
granulométricas médias dentro do recomendado pela NBR 7211/8396. As curvas
153
correspondentes, encontram-se apresentadas na Figura 41, junto com as curvas
representativas dos limites inferiores e superiores recomendados na respectiva norma.
O traço final foi obtido em função dos resultados analíticos.
Porcentagem passante acumulada (%)
100
90
80
70
60
50
40
30
Areia natural (CR)
20
Areia natural (MRs)
NBR 7211/83 (limite inferior)
10
NBR 7211/83 (limite superior)
0
0,125
0,25
0,5
1
2
4
8
16
32
64
Abertura das peneiras (mm)
FIGURA 41 - CURVAS GRANULOMÉTRICAS MÉDIAS DOS AGREGADOS
MIÚDOS UTILIZADOS
A análise físico-química dos lotes de areia natural usadas teve como
resultados os intervalos de teores demonstrados na Tabela 35.
TABELA 35 - ANÁLISE FÍSICO-QUÍMICA DOS AGREGADOS MIÚDOS
ENSAIOS
TEORES
Material pulverulento (%)
0,12 a 2,17
Torrões de argila e materiais friáveis (%)
0 e 1,2
Índice de matéria orgânica (ppm)
< 300
Massa específica SSS (g/cm3 )
2,56 e 2,64
Absorção de água (%)
0,48 a 1,24
4.1.2.2
LIMITES NBR
7211/8396
Máx. 3,0
Máx. 3,0
Máx. 300
-
Agregado graúdo - brita 1
A distribuição granulométrica média da brita 1 está representada na Figura
42, junto os limites inferiores e superiores (linhas tracejadas), estimados para este
agregado pela NBR 7211/83 96. A curva granulométrica da amostra está próxima,
porém abaixo do limite mínimo recomendado pela norma.
154
100
Porcentagem passante acumulada (%)
Brita 1
90
NBR 7211/83 - Lim inf brita 1
NBR 7211/83 - Lim sup brita 1
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,125
0,5
2
8
32
Abertura das peneiras (mm)
FIGURA 42 - CURVAS GRANULOMÉTRICAS MÉDIAS DO AGREGADO
GRAÚDO BRITA 1 E OS LIMITES INFERIOR E SUPERIOR
ESTIMADOS PELA NBR 7211/8396
A análise física da brita 1 resultou nos valores expostos na Tabela 36.
TABELA 36 - ANÁLISE FÍSICA DOS AGREGADOS GRAÚDOS - BRITA 1
4.1.3
ENSAIOS
TEORES
Material pulverulento (%)
Torrões de argila e materiais friáveis
(%)
Massa específica SSS (g/cm3 )
Absorção de água (%)
0,54 a 1,8
LIMITES NBR
7211/8396
Máx. 3,0
0
Máx. 3,0
2,61 a 2,95
0,6 a 0,9
-
Sílica Ativa
A composição química da sílica ativa obtida por ensaios no laboratório,
informações
do
FABRICANTE
(2001)97,
NBR 13957/9781 são apresentados na Tabela 37.
e
os
valores
limites
da
norma
155
TABELA 37 - COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA SÍLICA ATIVA, EM CONJUNTO
COM DADOS DO FABRICANTE E ESPECIFICAÇÃO DA NORMA
NBR 13957/9781
COMPOSIÇÃO QUÍMICA E
PROPRIEDADES FÍSICAS
SiO2
Na2O
K2 O
Perda ao fogo
Na2O equivalente
Massa específica (g/cm3 )
Umidade
Total aproximado*
Superfície específica (m2 /kg)
Diâmetro médio (µm)
TEORES
OBTIDOS (%)
93
0,26
1,42
3,03
1,2
----0,80
97,8
---------
FABRICANTE
(%)
Mín. 85
------------Máx. 0,5
2,22
--------20.000
0,2
NOTA: *Outros compostos químicos, não detectados somam
LIMITES NBR
13957/9781 (%)
85
--------Máx. 6,00
Máx. 1,5
----Máx. 3,00
-------------
2,2%.
Por DRX, foi verificada a ausência de fases cristalinas no material. O
difratograma resultante é mostrado na Figura 43, que é típico de materiais sólidos.
FIGURA 43 - DIFRATOGRAMA DA SÍLICA ATIVA
Conforme difratograma apresentado, pode-se dizer que a sílica ativa utilizada
está no estado amorfo e, portanto, é de alta reatividade.
4.1.3.1
Análise granulométrica
A distribuição granulométrica média das partículas do material é da ordem de
(8,81 ± 1,23) µm, sendo bastante favorável para reagir com o Ca(OH) 2 formado na
156
hidratação do cimento (NEVILLE, 1997)5.
Na Figura 44, é mostrado o gráfico da medida, e este apresenta uma
distribuição bimodal, com parte desta distribuída na região de 1 µm.
FIGURA 44 - GRÁFICO DA DISTRIBUIÇÃO DO TAMANHO MÉDIO DE
PARTÍCULAS DO SÍLICA ATIVA
4.1.4
Fibras de Aço
O fator forma l/d médio das fibras foi 65,88, sendo o comprimento médio de
58,83 mm por 0,893 mm de diâmetro.
A análise metalográfica, MEV e EDS do interior das fibras de aço indicou
que o material é composto de aço baixo carbono, trefilado e com alto grau de
encruamento (têmpera dura). Além do elemento químico Fe, não foi identificado
nenhum outro em concentração superior ao do mínimo detectável pelo EDS. A Figura
45 mostra a microestrutura do ferro, por ataque Nital, com ampliação de 100 vezes.
157
FIGURA 45 - MICROGRAFIA DA FIBRA DE AÇO (AMPLIAÇÃO DE 100 X)
4.1.5
4.1.5.1
Argamassa Epoxídica - AE
As análises por DRX e FTIR, conforme mostradas nas Figura 46 e Figura 47,
confirmam a presença de argamassa epoxídica curada, contendo na mistura, sílica e/ou
silicatos de cálcio, em maior probabilidade, segundo padrões de referência do ICDD.
O difratograma resultante contém pouca fase vítrea detectada, dada a baixa alteração
da linha base.
A massa específica média do produto, determinada no laboratório, resultou
em 2,012 g/cm3. O valor está 96,7% da massa específica teórica dada pelo fabricante,
que é 2,08 g/cm3.
O índice de absorção de água e índice de vazios resultantes foram de 0,14 e
0,29%. Visualmente, pode ser visto na face externa da AE, a presença de poros
superficiais, conforme ilustração feita na Figura 48, e que podem estar contribuindo ao
longo do volume da peça, aos índices encontrados.
158
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Intensidade / u.a
CaSi2O 5.2H 2O (03-0029)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
2Ca3Si 2O 7.H20 (26-1070)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
S i O2 (05-0490)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
2θ (graus)
FIGURA 46 - DRX DA ARGAMASSA EPOXÍDICA E OS PADRÕES DE
REFERÊNCIA DO ICDD
File # 1 : RESCONC
Mode = 2 (Mid-IR)
10/09/01 10:52
Sample Description: resina p/ concreto, solic. de Orlando, pastilha KBr, espectro corrigido.
Scans = 16
Res = 4 cm-1 20 scans/min
Apod = Cosine
100
80
60
40
5000
4000
3000
2000
Transmittance / Wavenumber (cm-1)
FIGURA 47 - ESPECTRO FTIR DA ARGAMASSA EPOXÍDICA
1000
159
FIGURA 48 - FOTO DA SUPERFÍCIE DE CP, COM MATERIAL DE REPARO AE
- DETALHES DOS POROS SUPERFICIAIS
4.1.5.2
Argamassa Polimérica - AP
Análise por FTIR indicou a presença de ésteres polivinílicos, como
composição polimérica preponderante. O espectro correspondente está mostrado na
Figura 49.
File # 1 = NAFU1
Mode = 2 (Mid-IR)
16/05/01 17:52
Sample Description: NAFUFIL GTS (composto a base de cimento), ext. em MEC, solic. Orlando, jan. de KBr.
Scans = 16
Res = 4 cm-1
20 scans/min
Apod = Cosine
100
90
80
70
5000
4000
3000
2000
1000
Transmittance / Wavenumber (cm-1)
FIGURA 49 - ESPECTRO FTIR DA RESINA POLIMÉRICA COM FASE
QUÍMICA PREPONDERANTE DE ÉSTERES POLIVINÍLICOS
A massa específica média resultou em 2,00 g/cm3 e os índices de absorção de
água e de vazios, iguais a 0,05 e 0,10%, respectivamente. O valor catalogado pelo
fabricante para a massa específica é 2,01 g/cm3 a 20 ºC e 50% de umidade relativa.
160
4.2 RESULTADOS DOS ENSAIOS MECÂNICOS
4.2.1
Resistência à Abrasão
Na Tabela 38, constam os resultados dos ensaios de resistência à abrasão por
perda de massa realizados no CR e sistemas de reparo CR|MRs, bem como o desviopadrão (DP) e o coeficiente de variação dos resultados.
TABELA 38 - PERDA DE MASSA MEDIDA PELO ENSAIO DE RESISTÊNCIA À
ABRASÃO
CR|MR
CR
CR|SA
CR|AE
CR|AP
CR|FA
CP
E-690
E-694
E-695
E-690|712
E-694|712
E-695|712
E-690|714
E-694|714
E-695|714
E-690|715
E-694|715
E-695|715
E-690|713
E-694|713
E-695|713
0h
16457
17274
16970
16038
16319
15978
15779
16338
16053
16407
16345
16515
16399
16614
16190
PESO (g)
24 h 48 h
16150 15993
17076 17016
16626 16523
15591 15290
15741 15468
15394 15254
15576 15525
16033 15961
15927 15883
15462 15295
15744 15501
16454
16296 16173
16142 15914
15989 15657
72 h
15919
16985
16448
15086
15377
15199
15484
15905
15801
15241
15416
16171
15803
15435
PERDA (%)
MÉDIA DP CV
(%)
(%) (%)
24 h 48 h 72 h
1,87 2,82 3,27
0,87 0,76
1,15 1,49 1,67 2,67
2,03 2,63 3,08
2,79 4,66 5,94
0,57 0,33
3,54 5,21 5,77 5,53
3,66 4,53 4,88
1,29 1,61 1,87
0,56 0,31
1,87 2,31 2,65 2,03
0,78 1,06 1,57
5,76 6,78 7,11
1,01 1,10
3,68 5,16 5,68 6,40
0,37 0,63 1,38 1,39
1,96 3,82
2,84 4,21 4,88 3,65
1,24 3,29 4,66
No CR, a perda de massa média foi generalizada e menor do que 3%. Na
Figura 50 é mostrada a perda de massa do CR em função do tempo de ensaio de
abrasão pelo método submerso.
Testes similares foram realizados para comparar concreto convencional e
com aditivos e adições do tipo sílica ativa e fibras de aço para a Barragem Kinzua
(ACI INTERNATIONAL, 1999)7. Perdas de massa menores do que 6,5% foram
considerados de bom desempenho a efeitos de abrasão. Tais valores foram obtidos em
concreto convencional com f ck28 de 52 MPa e nas argamassas com sílica ativa com f ck28
iguais a 79 e 95 MPa.
161
A perda de massa média referente ao sistema CR|SA foi de 5,53% e ocorreu
praticamente na região do CR e de interface entre ambos os materiais. A Figura 51
mostra o desempenho do sistema CR|SA, após as 72 horas de ensaio.
A perda de massa referente ao sistema CR|AE ficou na média de 2%. Pode
ser verificada na Figura 52, principalmente na imagem topográfica (c), que boa parte
do material foi extraído do CR, com pouca influência na região de interface. Tal efeito
pode ser atribuído à resistência à compressão axial elevada do material (acima de
90 MPa).
Na Figura 53, é mostrado o desempenho do sistema CR|AP. Observa-se que
nos valores tabelados, os do CP E-695|715 não constam, pois houve um problema na
hélice de agitação da água, e o mesmo teve que ser descartado. A perda de massa
média foi de 6,4% e localizada na região de interface CR|AP.
O efeito do ensaio de abrasão no sistema CR|FA foi, também, pouco
acentuado. A perda de massa foi mais intensa na região do próprio CR, conforme
esquema mostrado na Figura 54.
Conforme mostrado nos gráficos das Figura 51 e Figura 53 e, de uma forma
geral, nos gráficos das Figura 55 e Figura 56, podem ser constatados piores
desempenhos das argamassas SA e AP, respectivamente, sendo o segundo, com maior
desgaste. Já, para o sistema CR|AE, o desgaste verificado foi sobre o CR, com pouca
ou nenhuma perda da argamassa epoxídica. O sistema CR|FA apresentou bom
desempenho e o desgaste verificado foi generalizado.
A análise dos desvios-padrão e dos coeficientes de variação demonstra que
os resultados são satisfatórios, pois variam dentro de pequenos limites.
a r b i t r
162
10
A
C P
Perda de massa por abrasão (%)
CR
8
6
4
2
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Tempo de ensaio (h)
C
A l t . u x r aá
m
d o
B
30
Di
âm
etr
o(
cm
)
25
20
15
5
10
10
15
Diâm
20
etro
(cm)
5
25
30
0
FIGURA 50 - RESULTADOS DO ENSAIO DE RESISTÊNCIA À ABRASÃO DO
CR: (A) PERDA MÉDIA DE MASSA EM FUNÇÃO DO TEMPO DE
ENSAIO; (B) CP DE CR APÓS TÉRMINO DO ENSAIO;
(C) DESENHO ESQUEMÁTICO DA TOPOGRAFIA DO CR
163
10
A
CR|SA
a r b i t r á r i a
8
6
4
2
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Tempo de ensaio (h)
A l t x u r aá
m
B
d
o
C
30
10
etro
20
(cm)
5
25
30
âm
10
15
Di
Diâm
etr
0
CR|SA: (A) PERDA MÉDIA DE MASSA EM FUNÇÃO DO TEMPO
DE ENSAIO; (B) CP DE CR|SA APÓS TÉRMINO DO ENSAIO;
(C) DESENHO ESQUEMÁTICO DA TOPOGRAFIA DO CR|SA
cm
15
o(
20
5
)
.
25
a r b i t r
164
10
A
C P
CR|AE
8
6
4
2
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Tempo de ensaio (h)
C
A l t . u xr aá
m
d o
B
30
25
Di
âm
etr
o(
cm
)
20
5
15
10
10
15
Diâm
20
etro
(cm)
5
25
30
CR|AE: (A) PERDA MÉDIA DE MASSA EM FUNÇÃO DO TEMPO
DE ENSAIO; (B) CP DE CR|AE APÓS TÉRMINO DO ENSAIO;
(C) DESENHO ESQUEMÁTICO DA TOPOGRAFIA DO CR|AE
165
10
A
cm)
CR|AP
(h
6
10
8
4
2
=
0
10
20
30
40
50
60
70
80
arbitrária
0
CP
Tempo de ensaio (h)
A l t u r. a
x
á
m
B
do
C
30
etro
20
(cm)
5
25
30
etr
Di
10
15
Diâm
âm
10
0
FIGURA 53 - RESULTADOS DO ENSAIO DE RESISTÊNCIA À ABRASÃO NO
CR|AP: (A) PERDA MÉDIA DE MASSA EM FUNÇÃO DO TEMPO
DE ENSAIO; (B) CP DE CR|AP APÓS TÉRMINO DO ENSAIO;
(C) DESENHO ESQUEMÁTICO DA TOPOGRAFIA DO CR|AP
cm
o(
20
15
5
)
25
a r b i t r á r
166
10
A
CR|FA
8
6
4
2
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Tempo de ensaio (h)
A l t . u xr aá
m
B
od
C
30
20
10
10
15
Diâm
20
etro
(cm)
Di
âm
etr
o
15
5
5
25
30
(cm
)
25
0
FIGURA 54 - RESULTADOS DO ENSAIO DE RESISTÊNCIA À ABRASÃO NO
CR|FA: (A) PERDA MÉDIA DE MASSA EM FUNÇÃO DO TEMPO
DE ENSAIO; (B) CP DE CR|FA APÓS TÉRMINO DO ENSAIO;
(C) DESENHO ESQUEMÁTICO DA TOPOGRAFIA DO CR|FA
167
10
CR
CR|SA
CR|AE
8
CR|AP
CR|FA
6
4
2
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Tempo de ensaio (h)
FIGURA 55 - RESUMO DAS PERDAS MÉDIAS DE MASSA DOS CR E
SISTEMAS CR|MRs, EM FUNÇÃO DO TEMPO DE ENSAIO
Perda de massa relativa
1,00
0,98
0,96
CR
CR|SA
CR|AE
CR|AP
CR|FA
0,94
0,92
0
20
40
60
80
Tempo de ensaio (h)
FIGURA 56 - PERDA DE MASSA RELATIVA DOS CR E SISTEMA CR|MRs, EM
FUNÇÃO DO TEMPO DE ENSAIO
168
4.2.2
Resistência de Aderência à Tração
O descolamento das placas resultou no rompimento de uma pequena camada,
de aproximadamente 3 mm de espessura, da região superior do MR e em nenhum dos
sistemas trabalhados houve fratura na interface ou descolamento do sistema CR|MR.
Portanto, pode-se considerar boa aderência ou compatibilidade entre CR e MRs.
Na Figura 57, são mostrados o CP no dispositivo adaptado para o ensaio e a
forma de fratura ocorrida nos CPs, após ensaio de aderência à tração.
A
B
FIGURA 57 - ENSAIO DE RESISTÊNCIA DE ADERÊNCIA: A) CP AJUSTADO
PARA O ENSAIO; B) CP DO SISTEMA CR|MR, APÓS O ENSAIO
A média dos valores da resistência de aderência à tração obtidas no ensaio
está resumida na Tabela 39, juntamente com os desvios-padrão e variâncias.
TABELA 39 - TENSÕES MÉDIAS DE RESISTÊNCIA DE ADERÊNCIA À
TRAÇÃO
FORÇA
SISTEMA
CP
MÁXIMA
(kgf)
E-690|712
3791
CR|SA
E-694|712
2491
E-695|712
1835
E-690|714
4287
CR|AE E-694|714*
6273
E-695|714
5629
E-690|715
CR|AP
E-694|715
2395
E-695|715
1089
E-690|713
CR|FA
E-694|713
3731
E-695|713
3344
TENSÃO
MÁXIMA
(MPa)
2,1
1,4
1,0
2,4
3,5
3,1
1,3
0,6
2,1
1,9
TENSÃO
MÉDIA
(MPa)
DP
(MPa)
CV
(%)
1,50
0,56
0,31
3,00
0,56
0,31
0,95
0,49
0,25
2,00
0,14
0,02
169
Porém, é válido salientar que o CP de CR|AE (E-694|714) acabou fraturado
na região de CR, fato este que não foi considerado como determinante na
caracterização de compatibilidade do CR com os MRs e nem na avaliação de
desempenho dos materiais de reparo. Detalhes do CP rompido podem ser observados
na Figura 58, e observa-se que não houve fratur a na região CR|AE ( Figura 58B).
A
B
FIGURA 58 - ENSAIO DE RESISTÊNCIA DE ADERÊNCIA: A) CP DE CR|AE
ROMPIDO NA REGIÃO DO CR; B) DETALHE DO CP ROMPIDO
Para se ter mais resultados comparativos e aproveitando-se os CPs que pouco
sofreram com o ensaio anterior, foram extraídos testemunhos da região CR|MR, com
dimensões de φ(10 x 10) cm, para ensaio de resistência à tração direta.
Alguns CPs romperam na interface placa|CR (face inferior) e outros na
interface placa|MR (face superior), não se obtendo maiores correlações de valores.
Detalhes do ensaio e um dos CPs rompidos são mostrados na Figura 59.
A
B
FIGURA 59 -ENSAIO DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO DIRETA: A) CP DISPOSTO
NA MAQUINA UNIVERSAL; B) EXEMPLO DE CP APÓS ENSAIO
170
As médias da resistência à tração direta, estão resumidas na Tabela 40.
TABELA 40 - TENSÕES MÉDIAS DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO DIRETA
SISTEMA
CR|SA
CR|AE
CR|AP
CR|FA
CP
E-690|712*
E-694|712
E-695|712
E-690|714
E-694|714*
E-695|714*
E-690|715
E-694|715
E-695|715
E-690|713
E-694|713
E-695|713
FORÇA
MÁXIMA
(kgf)
976
1042
1397
877
741
983
1261
906
777
TENSÃO
MÁXIMA
(MPa)
1,2
1,3
1,7
1,1
0,9
1,2
1,6
1,1
1,0
TENSÃO
MÉDIA (MPa)
DP
(MPa)
CV
(%)
1,25
0,07
0,00
1,70
-
-
1,07
0,15
0,02
1,23
0,32
0,10
Conforme demonstrado para o CP de CR|AE ( E-694|714) no primeiro tipo de
ensaio de aderência, houve problemas durante os ensaios com os CPs de CR|AE (E695|714) e CR|SA (E-690|712). O sistema mais prejudicado foi o de CR|AE que teve
apenas um resultado para sua avaliação, mas o mesmo foi superior aos demais
sistemas, fato este que já vinha ocorrendo nos o utros ensaios.
Tanto no método de avaliação de resistência de aderência à tração nos CPs de
CR|MR, com ruptura de camada de MR, a cerca de 3 mm de profundidade, quanto
neste último (testemunho extraídos), os valores constantes na Tabela 39 e na Tabela
40, demonstram boa aderência. Valores de resistência superiores a 0,9 MPa são
recomendados, sendo o mínimo requerido de 0,7 MPa (ACI INTERNATIONAL,
p. 526, 1999).
Conforme ilustrado na Figura 62, a forma de fratura apresentada pelos CPs
submetidos ao envelhecimento acelerado e ensaiados à tração na flexão, confirma
existir boa aderência da interface CR|MRs. A falha de descolamento na interface
ocorreu apenas com os sistemas CR|AE e CR|AP, e somente ao término da exposição
ao intemperismo.
171
Apesar do bom desempenho da FA, a exposição dos CPs em câmara úmida
mostrou elevada corrosão das fibras de aço aparentes. Tal fato pode ser uma
desvantagem em sua aplicação prática, já que, normalmente, o processo de corrosão da
armadura vem acompanhado de ruptura da camada de cobertura do concreto,
facilitando o efeito deletério do processo de abrasão. Uma forma de evitar tal
fenômeno corrosivo é realizar um acabamento posterior, para cobrimento das fibras
superficiais, sabendo-se que, quanto mais espessa for tal camada, menor o risco de
corrosão do metal (NBR 6118, 2001)98, mas, aumenta-se a probabilidade de desgaste
superficial desta. Na Figura 60, é mostrada a superfície do CP submetido ao ensaio de
resistência à abrasão, após exposição prolongada em câmara úmida (
28 dias), com
valor médio de 80% de umidade e temperatura de (22 ± 1) C.
FIGURA 60 - FIBRAS COM CORROSÃO INTENSA NA SUPERFÍCIE DO CP
SUBMETIDO A ENSAIO DE RESISTÊNCIA À ABRASÃO E
POSTERIOR ARMAZENAMENTO EM CÂMARA ÚMIDA
4.2.3
Resistência à Compressão Axial Simples
Conforme já mencionado anteriormente, todos os materiais estudados
deveriam ter f ck próximo de 40 MPa, aos 28 dias, seguindo dados da UHE Capivara.
Considerando os valores obtidos nos diversas dosagens, os valores das
resistências à compressão axial foram:
Ò para o CR, f ck28 médio de 48,3 MPa;
Ò para a SA, f ck28 médio de 45,4 MPa;
172
Ò para a AE, f ck28 médio de 85,4 MPa;
Ò para a AP, f ck28 médio de 40,7 MPa; e
Ò para o FA, f ck28 médio de 39,7 MPa.
O material AP apresentou menor resistência na primeira dosagem, pois foi
utilizado teor de 18% de água, sendo que nesta ocasião, o material obteve 22,9 MPa.
Devido a esta baixa resistência e ao alto desgaste no ensaio de abrasão, para a segunda
dosagem o teor de água foi reduzido para 11%, fato este que aumentou a resistência à
compressão em torno de 77% (40,7 MPa), aos 28 dias.
O material AE é de alta resistência inicial, sendo que o fabricante alega que
para as primeiras 2 horas, o material pode obter 20 MPa, seguindo a NBR 5739/94 86.
Somente na primeira dosagem deste material, a resistência nesta idade foi verificada
( 76 MPa). Percebe-se que para as outras idades, os valores da resistência da AE
decresceram, na segunda dosagem. Isto pode ser conseqüente da troca na equipe de
trabalho que não tinha experiência adequada para mistura do material. Mesmo assim,
as alterações nos valores não foram significativas, a ponto de se ter que cancelar ou
descartar os resultados, demonstrando apenas a necessidade de treinamento da equipe
de trabalho.
Os resultados dos ensaios de resistência à compressão axial (RC) das
diversas dosagens, encontram-se na Tabela 41 e Tabela 42.
TABELA 41 - RESULTADOS DOS ENSAIOS DE RC – CR, SA E AE
IDADE
(dias)
3h
1
3
7
28
60
90
CR
RC
DP
(MPa) (MPa)
34,3
0,29
48,3
0,39
54,1
0,39
57,7
0,07
SA
CV
RC
DP
(%) (MPa) (MPa)
0,09
38,2
2,65
0,15 45,4
0,94
0,15 53,3
0,37
0,00 54,6
2,32
CV
(%)
7,02
0,89
0,13
5,40
AE
RC
DP
CV
(MPa) (MPa) (%)
75,7
90,5
0,17
0,03
91,2
3,98 15,82
85,4
0,92
0,84
-
173
TABELA 42 - RESULTADOS DOS ENSAIOS DE RC – AP E FA
IDADE
(dias)
1
7
28
60
90
4.2.4
4.2.4.1
AP
RC
DP
CV
(MPa) (MPa) (%)
4,0
0,12
0,01
28,7
6,16 38,01
40,7
5,68 32,21
-
FA
RC
DP
CV
(MPa) (MPa) (%)
17,0
0,05
0,00
34,0
1,06
1,12
39,7
4,40 19,36
45,6
4,86
23,6
47,2
1,57
2,46
Materiais para reparo
Para todos os CPs dos quatros MRs, a ruptura ocorreu no terço médio da
vigota. Conforme recomenda a NBR 12142/92, para este caso, o cálculo da resistência
à tração na flexão é obtida pela equação:
P.l
f ctm =
, onde:
b.d 2
- fctm: resistência à tração na flexão (MPa);
- P: carga máxima aplicada (N);
- l: distância entre cutelos (mm);
- b: largura média do CP na seção de ruptura (mm); e
- d: altura média do CP na seção de ruptura (mm).
Os resultados médios obtidos no ensaio dos CPs dos MRs, com idade média
de 60 dias, encontram-se na Tabela 43.
TABELA 43 - VALORES MÉDIOS DAS RESISTÊNCIAS À TRAÇÃO NA
FLEXÃO
MR
TENSÃO (MPa)
DP (MPa)
CV (%)
SA
4,71
0,29
0,09
AE
48,27
-
AP
2,55
0,16
0,03
FA
4,69
0,12
0,01
174
4.2.4.2
Resistência à tração na flexão de CPs dos sistemas CR|MR - Envelhecimento
Acelerado
O objetivo deste ensaio foi verificar o desempenho mecânico dos sistemas de
reparo estudados envelhecidos artificialmente. Este ensaio pode influenciar,
principalmente, os sistemas poliméricos AE e AP, que por terem base orgânica, são os
mais susceptíveis à degradação sob radiação UV, sob ciclo térmico e de umidade
intercalados. Os outros dois sistemas SA e FA, por serem de base cimentícea, a
degradação esperada é mínima e similar ao do CR. O teste foi executado simulando as
condições ambientais extremas a que estes materiais poderiam estar expostos, quando
empregados nas superfícies hidráulicas aparentes das barragens, ou seja, direcionandose a interface do sistema CR|MR para a lâmpada e ensaiando à tração na flexão, a
região exposta.
Os resultados nas primeiras 800 horas de testes, somente sob exposição UV,
demonstraram que os valores de resistência mecânica à tração na flexão aumentaram
entre 30 e 65% e que houve fratura transversal e igual ao mesmo sistema CR|MR, sem
envelhecimento. Estes comportamentos indicaram que houve pouca ou nenhuma
influência da radiação UV sobre os materiais expostos e, também, que o conjunto de
sistemas CR|MR apresentava boa aderência (aspecto da fratura). Com o aumento do
período de exposição à radiação UV, para 2000 horas, sendo as últimas 500 horas com
o ciclo térmico e de umidade programado na câmara de ensaios weather-o-meter,
observou-se que o comportamento da curva mudou, havendo perda de resistência
mecânica, sendo esta, mais acentuada para os sistemas CR|AE e CR|AP, ambos
poliméricos. O sistema CR|AP, também, apresentou fratura na interface com o CR,
demonstrando perda de aderência. Os sistemas de base cimentícea, CR|SA e CR|FA
foram os menos alterados.
A análise dimensional foi realizada em todos os CPs, tomando-se três
medidas por dimensão, e os resultados do ensaio de resistência à tração por flexão,
seguindo-se a norma ASTM C293/9493, estão dispostos nas Tabela 44 e Tabela 45.
175
TABELA 44 - RESISTÊNCIAS DE TRAÇÃO NA FLEXÃO –ENVELHECIMENTO
ACELERADO – SA E AE
SA
AE
PERÍODO TENSÃO
DP
CV TENSÃO
DP
CV
(horas)
(MPa)
(MPa) (%)
(MPa)
(MPa) (%)
0
7,28
0,54 0,30
13,09
0,76 0,58
800
11,04
0,43 0,19
17,17
2,99 8,95
2000
9,67
1,70 2,90
15,49
0,67 0,45
TABELA 45 - RESISTÊNCIAS DE TRAÇÃO NA FLEXÃO –ENVELHECIMENTO
ACELERADO – AP E FA
AP
FA
PERÍODO TENSÃO
DP
CV TENSÃO
DP
CV
(horas)
(MPa)
(MPa) (%)
(MPa)
(MPa) (%)
0
5,66
0,42 0,17
8,62
0,08 0,01
800
10,09
1,91 3,64
11,55
1,87 3,51
2000
8,04
1,11 1,23
9,74
-
A curva da resistência mecânica à tração na flexão, resultante de todos os
ensaios dos sistemas de reparo trabalhados, está apresentada na Figura 61 e a forma da
fratura dos CPs nas primeiras 800 horas de envelhecimento, está ilustrado pelo sistema
CR|AE, na Figura 62.
Resistência à tração na flexão (MPa)
20
15
10
SA
AE
AP
FA
5
0
0
400
800
1200
1600
2000
Tempo (h)
FIGURA 61 - VARIAÇÃO DA RESISTÊNCIA À TRAÇÃO NA FLEXÃO,
DURANTE ENVELHECIMENTO ACELERADO
176
FIGURA 62 - SUPERFÍCIE DE FRATURA DOS CPS DE AE APÓS
ENVELHECIMENTO SOB RADIAÇÃO UV E ENSAIO DE
RESISTÊNCIA MECÂNICA À FLEXÃO
Imagens macroscópicas e sob ampliações máximas das regiões das
interfaces, de 50 vezes, com lupa estereoscópica, revelaram que os CPs dos sistemas
CR|AE envelhecidos, apresentavam pequena alteração de cor, ficando mais
esbranquiçados. Nos outros CPs não foram verificadas alterações visuais superficiais.
As análises microestruturais das superfícies expostas do sistema CR|AE,
feitas por MEV e EDS, mostraram haver alterações micrográficas já nas primeiras 800
horas de envelhecimento, conforme fotos mostradas na Figura 63a, com ampliação de
2000 vezes, antes do envelhecimento, e Figura 63b, sob mesma ampliação e após 800
horas de exposição ao agente agressivo. Os defeitos superficiais aumentam
progressivamente com o envelhecimento, conforme fotos da Figura 63c e Figura 63d –
com ampliação de 2000 e 1000 vezes, respectivamente, feitas após 2000 horas de
exposição ao intemperismo. Observa-se um desprendimento da matriz polimérica da
carga inorgânica (trincas e buracos circundantes aos agregados, que por sua vez,
encontram-se na sua maioria, fraturados). A análise elementar dos agregados da matriz
AE, por EDS, indicou os elementos químicos Si e O (silicatos), em maior proporção
estequiométrica.
Trincas superficiais na superfície do sistema polimérico AP, são verificadas
por MEV, após 800 e 2000 horas de envelhecimento (Figura 64).
177
A
B
C
D
FIGURA 63 - MICROGRAFIA POR MEV DAS SUPERFÍCIES DE CPS DO
SISTEMA CR|AE: (A) SEM ENVELHECIMENTO; (B) SOB 800
HORAS DE RADIAÇÃO UV; (C) E (D) APÓS 2000 HORAS DE
ENVELHECIMENTO
A
B
FIGURA 64 - MICROGRAFIA DAS SUPERFÍCIES DE CPS DO SISTEMA CR|AP:
(A) 800 HORAS DE RADIAÇÃO UV; E (B) APÓS 2000 HORAS DE
ENVELHECIMENTO
Os dois outros sistemas CR|FA e CR|SA não foram analisados por MEV e
EDS por serem de base cimentícea e apresentarem deterioração similar a do CR por
este tipo de envelhecimento (ACI INTERNATIONAL, 1999)7.
178
4.2.5
Módulo de Deformação Estática Tangente Inicial
Os resultados dos ensaios de módulo de deformação estática tangente inicial
encontram-se nas Tabela 46 e Tabela 47.
TABELA 46 - MÓDULOS DE DEFORMAÇÃO MÉDIOS DO CR, SA E AE
CR
SA
AE
IDADE MÓDULO
DP
CV MÓDULO
DP
CV MÓDULO
DP
CV
(dias)
(GPa)
(MPa) (%)
(GPa)
(MPa) (%)
(GPa)
(MPa) (%)
7
39,71
2,22
4,92
37,62
2,86 8,20
13,10
1,34
1,79
28
55,08
4,66 21,71
40,40
2,69 7,22
17,81
3,61 13,01
60
63,11
0,52
0,27
45,36
2,43 5,90
TABELA 47 - MÓDULOS DE DEFORMAÇÃO MÉDIOS DA AP E FA
AP
FA
IDADE MÓDULO
DP
CV MÓDULO
DP
CV
(dias)
(GPa)
(MPa) (%)
(GPa)
(MPa) (%)
7
40,61
3,56 12,70
39,06
2,28 5,18
28
56,94
2,08
4,32
39,07
2,45 5,98
60
48,05
0,08 0,01
A compatibilidade entre CR e MR será maior para materiais que possuírem
módulos aproximados, pois "concretos menos resistentes rompem com deformações
maiores, apresentando maior capacidade de acomodação plástica" (FURNAS, p. 1.6,
1997) 84. Concretos muito resistentes deformam-se menos para tensões mais altas,
demonstrando serem relativamente frágeis, ou seja, apresentam pouca capacidade de
deformação. Estes fatos determinam que os materiais devem ter comportamentos
semelhantes quanto a deformações, fluência e retração, evitando-se "efeitos de borda".
4.2.6
Os ensaios de permeabilidade foram realizados em CPs de CR, SA e FA, de
base cimentícea, idade média de 28 dias, e os resultados encontram-se na Tabela 48.
TABELA 48 - COEFICIENTES DE PERMEABILIDADE DOS MATERIAIS DE
BASE CIMENTÍCEA
COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE K
CR
SA
FA
-12
-12
4,28E
1,09E
6,71E-12
179
O material que apresentou menor coeficiente de permeabilidade foi a SA,
visto que possui sílica ativa em sua composição e isto faz com que o MR fique bem
menos permeável (efeito de carga - NEVILLE, p. 661, 1997)5.
4.2.7
Análise Dilatométrica - DIL
No gráfico apresentado na Figura 65 pode ser visto que o coeficiente de
dilatação térmica (entre 25 oC e 200 ºC) dos materiais de reparo AP, SA e FA são,
praticamente, iguais ao do CR.
Entretanto, o material de reparo AE possui diferente coeficiente de dilatação
térmica na faixa de temperatura estudada. Entre 25 e 60 ºC há uma variação de
aproximadamente 30 µm/m e é não-linear. A partir de 70 ºC e até 200 ºC, há um
aumento linear do coeficiente de dilatação térmica do material AE em relação aos
apresentados pelos outros materiais analisados, segundo a equação da reta, calculada
pelo método dos mínimos quadrados:
Y= -107,638+2,0437X ,
sendo:
Y = coeficiente de dilatação térmica (µm/m);
X = temperatura trabalhada (ºC);
R = 0,9998 (coeficiente de correlação linear).
Na equação, não foi descontado o valor do patamar de temperatura
apresentado pelos outros materiais trabalhados.
Coeficiente de dilatação térmica (µm/m)
180
CR
SA
AE
AP
FA
300
250
200
150
100
50
0
0
40
80
120
160
200
o
Temperatura ( C)
FIGURA 65 - CURVA DE DILATOMETRIA DO SUBSTRATO CR E DOS
MATERIAIS DE REPARO: SA, AE, AP E FA
O comportamento térmico da AE pode explicar a razão dos problemas de
descolamento em grandes áreas e volumes de exposição a gradientes de temperatura,
tal como nas superfícies hidráulicas de barragens.
4.2.8
Análise Geral e Teórica dos MRs
Pela revisão bibliográfica pôde-se verificar que os materiais de reparo com
melhores resultados foram aqueles envolvendo os materiais poliméricos, tais como os
que continham resina epóxi como aglomerante e os concretos poliméricos.
Foi constatado que o desempenho do material está intimamente relacionado
aos procedimentos de preparo superficial da área a ser reparada, das condições
ambientais (temperatura, umidade) e do manuseio, tal como o procedimento de
compactação para melhor aderência ao substrato.
O concreto com fibras de aço utilizado em alguns reparos, com quantidades
próximas a 85 kg/m3, teve seu desempenho sensivelmente melhor com a utilização de
cobertura com concreto polimérico. No Brasil, há uma tendência em optar pelo
181
concreto com sílica ativa, cujo desempenho tem se mostrado melhor do que aquele
com resina epóxi, talvez pelas condições ambientais menos favoráveis para reparos
com material polimérico, devido às acentuadas variações térmicas diárias, permitindo
maior dilatação e assim, causando trincas e descolamento. A alta taxa de radiação solar
favorece a degradação do polímero.
Foi dada ênfase à elaboração de um bom tratamento superficial da superfície
a ser reparada, iniciando pelo procedimento de limpeza local, remoção dos escombros
e do concreto deteriorado da superfície de ancoragem, procedimentos de lavagens e
jateamento com material abrasivo até atingir superfícies resistentes, seguida das
condições exigidas pelo material de reparo. Nos casos onde foi aplicado material de
reparo com base de material polimérico, principalmente a resina epóxi, a aderência
deste ao CR, parece ser favorecida pela aplicação de uma pré-camada de adesivo do
próprio material.
O manual do ACI INTERNATIONAL (1999, p. 224)7 salienta a importância
da compatibilidade entre o MR e o substrato, explica que o MR sozinho não resolveria
o problema de desgaste por abrasão, por mais que sejam minimizadas as causas do
desgaste. O MR deve ser complementar ao sistema estrutural existente.
182
Capítulo 1
INTRODUÇÃO
Capítulo 2
MECANISMOS,
OCORRÊNCIAS ,
REPAROS
Capítulo 3
MATERIAIS E
MÉTODOS
Capítulo 4
RESULTADOS E
DISCUSSÃO
Capítulo 5
CONCLUSÕES
Capítulo 5
5 CONCLUSÕES
183
Na presente pesquisa, foram analisados os desempenhos de quatro sistemas
de reparo para serem aplicados em superfícies de concreto erodidas de barragens,
utilizando-se para o concreto-referência (CR), cimento Portland CP II-Z 32 com
consumo de 425 kg/m3 e f ck28 de 40 MPa.
Com os resultados obtidos nos ensaios de resistência à abrasão, de resistência
de aderência à tração e de resistência à tração direta, pode-se classificar os sistemas de
reparo com a seguinte ordem de qualidade de desempenho: AE > FA > SA > AP.
Também é válido correlacionar estas resistências com a resistência à
compressão axial simples de cada material, visto que o material AE obteve melhor
desempenho igualmente neste ensaio, e o material AP obteve os resultados menos
favoráveis.
Entre os resultados dos materiais FA e SA, no ensaio de resistência à
abrasão, a perda de massa relativa foi de 1,89% maior para a SA, e no ensaio de
resistência de aderência à tração, a variação de desempenho ficou em 25% menor para
a SA. Já no ensaio de resistência à tração direta, os desempenhos foram equivalentes.
Porém, no ensaio de resistência à compressão, o desempenho da SA foi 25% maior
que o do FA. Salienta-se que nesta última comparação, o desempenho da SA foi
melhor que do FA, pois a SA contém sílica ativa, que comprovadamente aumenta a
resistência à compressão axial final. Já a presença das fibras de aço no FA, auxiliou
somente a resistência à tração da matriz da pasta, não influenciando o resultado de
resistência à compressão axial. Conclui-se que ambos os materiais possuem
desempenhos semelhantes.
Assim sendo, ressalta-se em termos gerais:
F a argamassa epoxídica, na dosagem recomendada pelo fabricante,
apresentou bom desempenho no ensaio de resistência à abrasão e alta
resistência
inicial
(ideal
para
reparos
emergenciais).
Porém,
possivelmente, para aplicação em superfícies inclinadas (lajes dos
vertedores) este material poderá apresentar alguma dificuldade prática,
184
devido ao seu autonivelamento (ou auto-adensamento). Também,
segundo Dr. V. A. PaulonXXV, quando a resistência mecânica do
material de reparo for muito superior ao do concreto do substrato, um
"efeito de borda" poderá ser causado e, a água passando em alta
velocidade, poderá formar um degrau que propiciará o processo de
cavitação. Tal ocorrência foi verificada na Usina de It umbiara –
M/S XXV. Os CPs de abrasão deste MR apresentaram o efeito de borda
mencionado. Como comentário geral, é considerado ideal ter
resistências mecânicas similares entre o substrato e o material de
reparo para que a estrutura sofra um desgaste de abrasão uniforme.
Verificou-se, também, que o material apresentou maior perda de
desempenho
mecânico
quando
envelhecido
em
câmara
de
intemperismo.
F o concreto com fibras de aço, apesar do bom desempenho, apresentou
corrosão acentuada das fibras expostas na superfície, quando
submetido a armazenamento em câmara úmida. Tal propriedade
representa uma desvantagem e deve contribuir para acelerar a
ocorrência de processos deletérios como a abrasão e cavitação. Foi
proposto
no
trabalho
e
realizado
em
campo
(PORTELLA;
KORMANN, 2001a) 1, a adoção de uma pequena camada de cobertura
da região da fibras, com argamassa de SA como solução parcial ao
problema de corrosão. Isto se torna ideal quando as camadas de reparo
são de profundidades igual ou superior a 5 mm;
F a argamassa com sílica ativa mostrou ser um material de reparo com
desempenho atrativo, boa compatibilidade com o concreto do
substrato, fácil manuseio e aplicação. As restrições estão no prazo
inicial para atingir a resistência mecânica que resista aos efeitos de
XXV
Comentário durante a Consultoria Técnica do Projeto.
185
abrasão, na necessidade de ter o substrato saturado e de superfície seca
e de se manter a superfície úmida, no período inicial de cura (imediata)
e mantida no mínimo por 7 dias. Segundo V. A. Paulon XXV, neste
caso não se recomenda a cura química;
F dos quatro materiais para reparo trabalhados, a argamassa polimérica
foi a de pior desempenho para as condições de ensaio e finalidades
propostas, mesmo com a diminuição da relação a/cimentante.
Verificou-se baixa resistência mecânica à compressão axial e alta
perda de massa no ensaio de abrasão. Da mesma forma, como na
argamassa epoxídica, a resistência mecânica baixa deste material, em
relação ao CR, poderá ocasionar o mesmo "efeito de borda"
comentado, verificado nos CPs do ensaio de abrasão, neste caso, sendo
o MR o mais desgastado;
F também é válida a utilização do próprio CR como material de reparo,
diante de seu bom desempenho quanto à resistência à abrasão. Porém,
lembra-se que o concreto é semelhante ao da obra, com algumas
variações em sua composição. Sendo assim, é sempre necessária a
verificação do desempenho do CR|MR a ser aplicado.
Finalmente, considerando-se todas as propriedades medidas, inclusive de
aplicação prática em campo (PORTELLA; KORMANN, 2001a) 1, a classificação
inicial pelo desempenho em laboratório poderia ser alterada para: AE –SA > FA > AP,
sem prejuízo de qualidade dos MRs.
5.1 QUADRO-RESUMO
DE
AVALIAÇÃO
DOS
QUATRO
TIPOS
DE
MATERIAIS DE REPARO
Apresenta-se no Quadro 4, resumo do desempenho dos materiais e sistemas
de reparo, para melhor visualização.
186
QUADRO 4 -RESUMO DE DESEMPENHO DOS MATERIAIS E SISTEMAS DE
REPARO ESTUDADOS
MRs e
Sistemas
SA
AE
AP
FA
ENSAIOS
Resistência à Abrasão
Resistência de Aderência à
Tração
Resistência à Tração Direta
Resistência à Compressão Axial
Simples
Avaliação da Durabilidade frente
ao Envelhecimento Acelerado
Módulo de Deformação Estática
Tangente Inicial
X
X
Análise Dilatométrica
LEGENDA:
Desempenho
Satisfatório
Desempenho
Razoável
Desempenho
Ruim
5.2 SUGESTÕES PARA PRÓXIMOS TRABALHOS
A busca por materiais alternativos, estudos de metodologias para aplicação e
a pesquisa constante para o desenvolvimento de ambos é de primordial importância
para que reparos acessíveis e eficientes sejam aplicados em estruturas de concreto de
barragens.
187
Além do fator econômico, a busca por produtos e serviços que atendam as
expectativas dos consumidores passa a ser predominante, com a nova legislação
brasileira do setor.
Estes fatos fazem com que esses estudos ganhem importância e a sugestão é
que sejam aprofundados, com novas combinações de materiais, como concreto
contendo resina epóxi, entre outros.
A variedade de ensaios também pode ser revista, com ensaios de
durabilidade, não só de envelhecimento acelerado, mas também de reação álcaliagregado, carbonatação, entre outros.
O estudo de novas metodologias para ensaios normalizados de resistência à
abrasão e de resistência de aderência à tração entre concreto e MR auxiliariam na
parametrização dos resultados.
188
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
189
1 PORTELLA, K. F.; KORMANN, A. C. M. Metodologia executiva e pesquisa de
materiais para execução de reparos em estruturas de concreto (aparentes e submersas)
de barragens . Curitiba: LACTEC, 2001. 176 p. Relatório técnico PROJETO
ANEEL/CGEEP.
2 Lei nº 9991, de 24/07/2000, publicada no Diário Oficial, em 25/07/2000, Seção 1, p. 01,
v. 138, n. 142. Disponível em: <http://www.aneel.gov.br/cedoc/lei20009991.pdf > Acesso em
10 jan. 2002.
3 Decreto nº3867, de 16/07/2001, publicado no Diário Oficial, em 17/07/2001, Seção 1, p.
02, v. 138, n. 137- E. Disponível em: <http://www.aneel.gov.br/cedoc/dec20013867.pdf>
Acesso em 15 abr. 2002.
4 PORTELLA, K. F.; KORMANN, A. C. M. Manual de reparos. Curitiba, 2001. 1 CD-ROM
5 NEVILLE, A. M. Propriedades do Concreto. 2ª edição. Tradução de Salvador Giamusso.
São Paulo: Pini, 1997.
6 MEHTA, P. K.; MONTEIRO, P. J. M. Concreto – Estrutura, Propriedades e Materiais.
2ª edição. São Paulo: Pini, 1994.
7 ACI INTERNATIONAL. 1999 – Concrete Repair Manual. 1st ed. Farmington Hills, MI:
1999.
8 FERREIRA, A. B. de H. Novo Dicionário da Língua Portuguesa. 2ª edição. Rio de
Janeiro: Nova Fronteira, 1986.
9 AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM C1138: Abrasion
resistance of concrete (underwater method). West Conshohocken, 1997.
10 PINTO, N. L. de S. Noções básicas sobre cavitação e aeração em fluxos de alta
velocidade . Notas de aula, 1983. CEHPAR
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Estudo do desempenho de quatro tipos de materiais para reparo a

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