PISTA EXPERIMENTAL DE CCR DE SALTO CAXIAS- CARACTERíSTICAS E PROCEDIMENTOS DE CONSTRUÇÃO

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1 PISTA EXPERIMENTAL DE CCR DE SALTO CAXIAS- CARACTERíSTICAS E PROCEDIMENTOS DE CONSTRUÇÃO Kamel, Kamal F.S. Babá, Lourenço J. N. Xavier, Lailton V. Consórcio Projetista Intertechne-Leme-Engevix-Esteio Krempel, Antônio F. Companhia Paranaense de Energia - COPEL Este trabalho apresenta as características e procedimentos a serem adotados na construção da pista experimental de concreto compactado a rolo (CCR) na obra da Usina Hidrelétrica de Salto Caxias, no rio Iguaçu, Estado do Paraná. A Usina de Salto Caxias, com potência a ser instalada de 1.240MW, apresenta arranjo baseado em barragem de CCR, com altura máxima de 67m sobre a fundação. Sobre o maciço de CCR, será construído o vertedouro projetado para descarregar a cheia máxima de projeto de m 3 /s. 1. DESCRiÇÃO SUCINTA DO EMPREENDIMENTO A Usina Hidrelétrica de Salto Caxias, atualmente em construção no rio Iguaçu, no Estado do Paraná, terá uma capacidade instalada de 1.240MW (Figura 1). Os estudos comparativos de arranjo, realizados durante o projeto básico, concluíram por solução baseada em barragem de concreto compactado a rolo com adufas de desvio localizadas sob o barramento, junto à margem direita, e vertedouro de superfície sobre o maciço de CCR, também junto à margem direita (Figura 2). As obras da usina, compreendendo canal de adução, tomada d'água, condutos forçados, casa de força, canal de fuga e subestação formam um conjunto independente das obras de barramento, desvio e extravazão, estando localizadas na margem direita, através do espigão de rocha ali existente, restituindo a jusante da curva do rio. a manejo do rio durante a construção prevê, na primeira fase do desvio, atualmente em curso, a execução das obras das adufas de desvio, barragem na margem direita e vertedouro sobre o maciço de CCR. Para isto, foi construída ensecadeira em forma de "U" a partir da margem direita, estando o rio, atualmente, escoando no leito natural, restrito junto à margem esquerda. Durante a segunda fase do desvio, o rio escoará através das adufas, e o restante da barragem até a margem esquerda será construído no recinto protegido pelas ensecadeiras.

2 2. PROJETO DA BARRAGEM DE CCR A barragem de CCR apresenta seção transversal típica a gravidade com paramento de jusante inclinado de 0,75H:1,OV, abaixo da EI. 315, e, acima desta elevação, vertical até a crista, situada na EI A altura máxima sobre a fundação é de 67m e o volume total do maciço de CCR do barramento é da ordem de m 3. A resistência característica requerida para o CCR no projeto é de 8,0 MPa aos 180 dias. Juntas de contração plenas (em toda a seção transversal) ou parciais estão previstas a aproximadamente cada 20m ao longo do maciço de CCR. O controle da percolação através do maciço de CeR foi um dos aspectos mais analisados no projeto. No trecho da barragem sem vertedouro, a solução adotada foi de uma zona de concreto convencional vibrado com 0,75m de largura, a montante do maciço, construída simultaneamente com o CCR e provida com armadura para distribuição de fissuras. No trecho do barramento onde a estrutura do vertedouro está sobre o maciço de CCR, a zona de concreto convencional a montante, construída simultaneamente com o maciço, foi substituída por uma laje de face, também de concreto convencional, a ser executada posteriormente. Esta laje conta com armadura igual à outra solução, além de barras de ancoragem que a solidarizam com o maciço de eer. 3. ASPECTOS GERAIS DO PROGRAMA DE TESTE A pista experimental de Salto Caxias deve ser executada no canteiro da obra em área localizada próxima à central de britagem. Os fatores principais a serem analisados durante a execução da pista são: produção e transporte do CCR e do concreto convencional (CCV); tratamento superficialda fundaçãocom CCV; lançamento, espalhamento e adensamento do CCR e CCV; lançamento e espalhamento da argamassa de ligação entre camadas de CCR; características das ligações entre o CCR eoccv; características das ligações entre camadas de CCR com e sem o uso da argamassa de ligação e diferentes tempos de retomada; número de passadas do equipamento de compactação em função da espessura da camada para atingir o grau de compactação especificado; sistema de forma nos paramentos de montante e de jusante; processo de formação de juntas de contração; processo de formação de drenos e verificação de interferências com os vedajuntas; sistema executivo da face de montante após o CCR. Durante a execução da pista experimental deverão ser realizados os ensaios listados na sequência: densidade e umidade "in situ" da camada compactada de ecr; trabalhabilidade do CCR; teor de cimento da mistura fresca de CCR; granulometria dos agregados e da mistura. Serão ainda realizadas moldagens de corpos de prova para ensaios de compressão axial, compressão diametral e de módulo de elasticidade. Posteriormente, deverão ser extraídos testemunhos com sondas rotativas, de diversos locais da pista, nas idades dos concretos de 90, 180 e 360 dias. Estes testemunhos serão submetidos a ensaios para se determinar as características mecânicas do concreto, características das juntas entre concretos e a permeabilidade dos materiais. 4. EXECUCÃO DA PISTA EXPERIMENTAL 4.1 Generalidades A Figura 3 apresenta as características principais e os detalhes executivos da pista experimental de CCR. O maciço será construído com nove camadas, nomeadas de 1 a 9 de baixo para cima, tendo largura de 10m na base e comprimento total de

3 35m. De acordo com os objetivos do teste, a pista foi dividida no sentido longitudinal em duas áreas, denominadas 1 e 2. A rampa de acesso ao maciço deverá ser conformada no sentido longitudinal à pista, em uma de suas extremidades. As camadas 1 a 3 terão espessura final compactada de CCR de 0,30m, as camadas 4 a 6 de 0,35m e as camadas 7 a 9 de 0,40m. O paramento correspondente à face de montante do maciço de CCR será constituído de camadas de concreto convencional, alteadas simultaneamente com o CCR, no processo conhecido como "árvore de Natal". No paramento em degraus de jusante, serão ensaiados processos alternativos para o acabamento da superfície. Pretende-se, também, simular, em um trecho com extensão de cerca de 10 metros, na extremidade da Área 1, a concretagem da face de montante após a execução do maciço de CCR. Este trecho de 10m será subdividido em dois trechos de 5m, sendo um com utilização de forma convencional em madeira para o CCR e outro com forma em tela de metal expandido, visando avaliar a influência da forma no contato CCR-CCV. Complementarmente às nove camadas descritas, deverá também ser programada a execução de uma décima camada, com o objetivo de testar a ligação entre camadas de CCR, por meio de ensaios específicos nesta interface. 4.2 Tratamento da Fundação Sobre a camada de concreto convencional de base (espessura mínima de O, 15m) serão lançadas camadas iniciais de CCR, de modo a criar uma praça de lançamento suficientemente horizontalizada, antes do lançamento da camada 1 da pista propriamente dita. A superfície rochosa de fundação será preparada e limpa e mantida na condição de superfície saturada seca, antes do lançamento do concreto convencional. 4.3 Produção dos Concretos A produção do CCR será processada em central de mistura contínua definitiva, já dotada de sistema gravimétrico de controle de fluxo dos materiais. A qualidade dos agregados, a mistura de todos os concretos e da argamassa a serem aplicados na pista, serão continuamente acompanhadas. A umidade do CCR na sua produção, a eliminação de eventuais segregações da mistura e a reprodutividade do traço proposto serão também verificados. 4.4 Lançamento Antes do lançamento da argamassa de ligação, onde aplicável, ou da camada de CCR, a superfície do concreto de base será tratada como junta de construção, admitindo-se que o início do referido lançamento ocorrerá após a pega completa do concreto convencional. A armadura da face de montante será colocada apenas na Área 1, e será constituída por barras de aço CA-50A de diâmetro de 20mm, dispostas a cada 0,20m nos dois sentidos. Os ferros verticais a serem instalados terão altura mínima de 6,Om. O CCR transportado por caminhões basculantes será lançado na praça e espalhado com trator de esteiras do tipo CAT-D6 com esteira lisa. São previstos acertos manuais para regularizar a camada na espessura especificada e para eliminar zonas de segregação. Os equipamentos que irão trafegar na pista deverão estar em perfeitas condições de operacionalidade, sem apresentar vazamentos de óleos, além de ter seus pneus e esteiras lavados, antes de entrar na área de lançamento. A camada de CCR será espalhada com uma sobre-espessura de cerca de 10 % da espessura final prevista para a camada após a compactação. No acabamento do paramento de jusante em degraus serão consideradas três alternativas: i) com o próprio CCR nas camadas 3,6 e 9, compactado junto à forma em duas sub-camadas; ii) com argamassa nas camadas 2, 5 e 8, lançado até cerca de meia altura da forma de jusante e posterior confinamento com a compactação da camada de CCR adjacente; e iii) com concreto convencional nas demais camadas, nas dimensões indicadas na Figura 3.

4 A sequência básica de colocação dos diferentes concretos na praça deverá considerar o lançamento inicial das camadas de concreto convencional nos paramentos de montante e de jusante do maciço, e da argamassa de ligação, onde aplicável, seguida do lançamento do eer. Esta sequência será ajustada somente no trecho extremo da Área 1 onde o eer será executado previamente ao concreto convencional da face. Para teste da ligação entre as camadas, na Área 1 será aplicada sistematicamente uma camada de argamassa de ligação com 1cm de espessura, exceto quando o tempo de retomada for inferior a 4 horas. Na Area 2 não será lançada a argamassa. 4.5 Adensamento do CCR A compactação do eer será efetuada com rolo liso vibratório de tambor duplo, autopropelido, com peso nominal de 10 tf. O número necessário de passadas do rolo compactador será estabelecido de acordo com os resultados dos ensaios de densidade "in situ" e do controle topográfico do recalque da camada após a passagem do rolo. Uma passada completa do rolo corresponde ao seu percurso de ida e de volta na faixa que está sendo compactada. A cada duas passadas completas do rolo na faixa selecionada na praça para a avaliação da compactação, serão feitas as determinações de densidade "in situ" em pontos aleatoriamente escolhidos e os nivelamentos topográficos em diversos pontos identificados por marcos de referência colocados sobre a camada em compactação. Será então acompanhada a evolução das densidades e dos recalques com as passadas, para se determinar o número requerido para a compactação da camada de eer. Nas zonas de interface com os paramentos de concreto convencional, serão utilizados compactadores manuais como placas vibratórias ou soquetes pneumáticos. 4.6 Adensamento do Concreto Convencional As camadas de concreto convencional junto aos paramentos do maciço serão lançadas pouco antes do eer, exceto no trecho indicado na Área 1. O tempo de pega da mistura de concreto convencional será fixado considerando-se que a compactação da camada de eer adjacente ocorra antes do início de pega, de modo a ligar intimamente os dois concretos, sem a formação de uma "junta fria" neste contato. O concreto convencional nos paramentos será adensado por vibradores de imersão. Para se garantir uma boa aderência entre o concreto convencional e o eer, a "costura" será executada com uma vibração cuidadosa com vibradores de imersão e com a utilização de placas vibratórias. A junção entre os dois concretos será adensada também com rolo vibratório pequeno, fazendo-se o percurso no sentido longitudinal da junta, apoiado no eer já compactado. No trecho com extensão aproximada de 10m na Área 1, o concreto convencional será executado posteriormente ao eer. O concreto convencional será lançado entre o paramento de eer e a forma e adensado por vibradores de imersão. Previamente ao lançamento do concreto convencional, a superfície de eer será tratada com "corte" por jatos de água de alta pressão. 4.7 Proteção e Cura Todas as camadas de eer serão curadas por aspersão de água sob forma de neblina, no mínimo durante 14 dias após sua conclusão. 4.8 Juntas de Contração Juntas de contração completas serão simuladas dividindo-se transversalmente a pista em duas partes. Estas juntas serão feitas com o uso de filmes de pve "perdidos" na camada de eer. No paramento de montante, serão colocados os vedajuntas e o dreno. 4.9 Juntas de Construção Entre as camadas 2 e 3, será simulada uma junta de construção, mantendo-se um tempo de exposição da camada 2 por um período de 7 dias antes do lançamento da camada seguinte. O tratamento da junta para a retomada do lançamento de eer deverá considerar uma das áreas, preparada com limpeza com jato úmido de ar comprimido com pressão de

5 0,7 MPa, seguida do lançamento de camada de argamassa de ligação. Na área restante a preparação deverá ser feita somente com a limpeza com jato úmido de ar comprimido com pressão de 0,7 MPa, sem argamassa de ligação. 5. TRAÇOS DO CCR Serão testados três traços básicos com consumo de cimento pozolânico de 80kg, 100kg e de 120kg por metro cúbico de CCR, respectivamente. As camadas serão programadas de modo que: - camadas 1, 4 e 7 executadas com traço de 120kg de cimento/m 3 ; - camadas 2, 5 e 8 executadas com traço de 100kg de cimento/m 3 ; e, - camadas 3, 6 e 9 executadas com traço de 80kg de cimento/m 3. A décima camada será executada com traço de 100kg de cimento/m 3 6. ENSAIOS Os ensaios para o controle de qualidade do CCR, são os seguintes: 6.1 Densidade e Umidade "in situ" do CCR Os ensaios de determinação da densidade e da umidade "in situ" do CCR serão executados com uso de densímetro nuclear. O grau de compactação requerido, definido pela relação entre a densidade "in situ" das camadas compactadas de CCR e a densidade teórica (soma dos materiais constituintes da massa), será de 97,0%. 6.2 Características de Trabalhabilidade e Outros Parâmetros do CCR A trabalhabilidade do CCR será determinada por meio do ensaio denominado VêBê modificado. Outros parâmetros do CCR, como o teor de umidade, peso unitário da massa e a granulometria dos componentes serão também determinados com ensaios específicos. O ensaio denominado VêBê Modificado consiste na determinação do tempo decorrido para a remoldagem do CCR no interior de um recipiente, quando submetido à vibração. Este índice permite um controle auxiliar da água de mistura do CCR. O procedimento do ensaio terá como referência o método ASTM C "Determining Consistency and Density of Roller Compacted Concrete Using Vibrating Table". Está programada a execução de pelo menos duas séries dos ensaios mencionados para cada camada da pista experimental. 6.3 Teor de Cimento da Mistura Fresca de CCR Serão executadas pelo menos duas determinações do teor de cimento da mistura fresca de CCR em cada camada da pista, utilizando-se o método do calor de neutralização. 6.4 Moldagem de Corpos de Prova A moldagem de corpos de prova será feita em moldes cilíndricos de 150 x 300mm, com o auxílio de adensador pneumático manual ou mesa vibratória. Prevê-se a moldagem de pelo menos uma série de vinte corpos de prova para cada amostragem de CCR, para o programa de rupturas a compressão simples e de compressão diametral para as idades de 7, 28,90,180 e 360 dias. 6.5 Extração de Testemunhos Concluída a execução da pista experimental, deverá ser programada a retirada de testemunhos de CCR, por meio de sondagens rotativas com diâmetro mínimo de 200mm. Os furos de sondagens serão planejados visando caracterizar as ligações: entre o CCR, concreto de regularização e rocha de fundação; entre camadas de CCR, em furos verticais e horizontais, em especial entre as camadas 2 e 3; entre o CCR e o concreto convencional no paramento de montante (furo horizontal), incluindo-se o trecho com o paramento executado após o CCR. Os testemunhos serão submetidos a ensaios de compressão axial, cisalhamento direto com diferentes tensões confinantes, tração por compressão diametral, tração direta, massa específica e permeabilidade.

6 6.6 Ensaios Especiais na Camada 10 A última camada da pista, camada 10, será executada com o objetivo de se realizar ensaios especiais complementares para pesquisar as características mecânicas da ligação entre camadas de CCR. Deverá ser desenvolvido um processo que permita a conformação de corpos de prova cúbicos, devendo uma parte ser ensaiada "in situ" e o restante extraído da pista e ensaiado em laboratório. Os procedimentos e detalhes para a obtenção destas amostras deverão ser ajustados durante a execução da pista experimental. Em linhas gerais o processo executivo desta camada, como apresentado de maneira esquemática na Figura 4, deverá atender às seguintes diretrizes: sobre a camada 9 será lançada a décima camada de CCR devendo atingir, na Área 1, uma espessura compactada de 0,40m e na Área 2 de O,30m; para a amostragem dos corpos de prova serão definidas duas figuras quadradas na Área 1 com 1,6 x 1,6m e duas na Área 2 com 1,2 x 1,2m. Cada uma destas áreas será subdividida em 16 quadrados menores; as figuras quadradas de 1,6 x 1,6m na Área 1 deverão estar dispostas em zonas distintas sendo uma delas formada em trecho cuja interface com a camada 9 (anterior) tenha sido tratada com argamassa de ligação e a outra em área sem argamassa de ligação. O mesmo procedimento deve,ser adotado nas figuras quadradas da Area 2; pretende-se criar mosaicos onde metade destes corpos de prova cúbicos (quadrados menores), inscritos no quadrado maior, deverão ser extraídos da praça para execução de ensaios de compressão simples e de densidade; a outra metade destes corpos de prova será submetida a ensaios, "in situ", de tração direta e de cisalhamento direto; para facilitar a extração dos corpc?s,de prova cúbicos (0,4 x 0,4 0,4m na Area 1 e 0,3 x 0,3 x 0,3m na Area 2), deve-se introduzir um tratamento do topo da camada 9 por meio de aplicação de duas demãos de emulsão asfáltica e sobre estas uma folha de papel. Este tratamento, a ser feito nos locais determinados e inscritos nas figuras quadradas maiores, deverá ser executado antes do lançamento da argamassa de ligação. 7. CONCLUSÃO Apesar da experiência atual adquirida nas obras da derivação do rio Jordão, o porte das obras de Salto Caxias, em especial das dimensões do vertedouro colocado sobre o maciço de CCR, sem precedente em termos de obras em operação, justificaram a programação da pista experimental de CCR. Considera-se que a pista fornecerá importantes subsídios ao projeto além de possibilitar o ajuste dos equipamentos de produção do CCR, a organização das equipes de trabalho e a avaliação de diferentes dosagens de CCR.

7 TRECHO COM FORMA DE TELA DE AÇO EXPANOOO CCR 20,00 15,00 COM ARGAMASSA DE UGACAo ENTRE CAMADAS 11 RECHO COM ARMADURA) :::: I em (ARGAMASSA DE LIGA CAI SEM ARGAMASSA DE USAcAo ENTRE CAMADAS ITRECHO SEM ARMADURA) 250 c< " > FACE CCV 111 2Smn TP A '" ", o CCR CCR O.l (CCNCREO DE BASE) 10,00 CONCRETO CONVENCKlNAL is o ARGAMA5S ARGAMASSA ' CCR '"., FNAL ESTIMADA) (SU'ERFICE DETAL/-E Figura 3: PlstaoExperimental

8 ? \"j I \.«"',_,/"'./ ';J (:' _ o km o 1,! :DX>km I,! I o, 100! 200m I Figura 2: Arranjo Geral - Planta (1) BarragemCCR (5) Tomada d'água (2) Vertedouro (6) Casa de Força (3) Adufas de Desvio (7) EnsecadeiraRemanescente (4) Adufas de Compensação

9 LEGENDA EI]--- CORPO DE PROVA PI ENSAIO 'IN SITU' D3--- CORPO DE PflOVA A SER EXTRAloo

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