ATERRO TESTE DE CONCRETO COMPACTADO A ROLO ( CCR) PARA A UHE XINGO

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1 ATERRO TESTE DE CONCRETO COMPACTADO A ROLO ( CCR) PARA A UHE XINGO Eng Francisco Gladston Holanda (1) Eng Oscar Machado Bandeira (2) EngQ Jose Edson Furtado de Mendonga (3) Eng4 Lucas Suassuna Filho (3) (1) Promon Engenharia ltda. (2) Hidroservice Engenharia Ltda. (3) CHESF - Companhia Hidro E16trica do Sao Francisco RESUMO aterro experimental em CCR na obra do Xing6 foi projetado no sentido de avaliaro dessmpenho da solugao proposta para a protegao de jusante do macigo galgavel a zonas do reconstituigao massivas do fundagao em rocha da calha do vertedouro. Os resultados desejados a previstos conforms relacionados no item 1 foram plenamente atingidos. Como resultado adicional, o macigo experimental, construido no leito de um pequeno no temporario corn fundagao em rocha semelhante a litologia apresentada nos locais projetados pars o use do CCR, loi galgado em polo monos tres vezes, desde a sua conclusao. No galgamento mais expressivo, a lamina d 'agua chegou a atingir cerca de 1, m por sobre a crista, devido a uma cheia. O CCR aplicado, corn consumo do aglomorante variando entre 6 a 12 Kg/m3, corn base no conceito de mistura pobre em teor do material cimenticio, apresentou excelente comportamento a esforgos abrasivos por agao da agua em velocidade. Nenhum desgaste expressivo foi percebido nos degraus do jusante, acabados no pr6prio CCR. 1. INTRODUcAO E ESCOPO Este trabalho apresenta consideragoes do projeto, de ensaios de controle e t6cnicas de construgao do aterro teste executado em CCR na barragem da UHE de Xing6 de propriedade da CHESF. Os servigos executados nests pequena barragem experimental tiveram como principais objetivos: Verificagao da espessura ideal da camada (o projeto havia indicado o valor de 4 mm); Crit6rio de Limpeza a tratamentos superficiais das juntas de CCR; Conhecimento pr6vio das propriedades de controle do CCR no estado fresco : Trabalhabilidade VeBe, Umidade da Mistura e Massa Unitaria ap6s a compactagao; Emprego de concretos convencionais de face, selo e de regularizagao; Execugao de Interface do CCR corn estrutura de enrocamento. Al6m disso o aterro experimental serviu como Area de pratica, treinamento e orientagao, na sedimentagao do processo construtivo e definigao de parametros pars fiscalizagao e controle de qualidade de macigos executados em CCR na obra, nos locais indicados polo projeto. 2. CONCEPcAO DE PROJETO Lay-Out apresentado nas Figuras 1, 2 e 3, indica as caracteristicas dimensionais a de arranjo do aterro Ieste. 3. EXECUcAO Todo o CCR do aterro experimental (Volume de CCR = 719, m3) foi concluido no decorrer de uma semana de trabalho. Uma interrupgao programada no ingamento das camadas foi introduzida, visando explorar o conceito de maturidade do CCR, diferenciando -se a forma de tratamento da superficie. 3.1 Rocha de Fundagao A rocha de fundagao, de mesma litologia do local da obra, foi preparada mediante a retirada de solos de cobertura e materiais alterados. Posteriormente a limpeza adicional corn agua sob pressao foram aplicados concretos dentais e de regularizagao, em quantidade suficiente apenas para permitir o acesso de caminhoes, rolos compactadores, tratores, etc. N5o foram executados tratamentos por injegao de caldas de cimento. XX Seminario Nacional de Grandes Barragens 111

2 x J E 9% All 34,5 El E El. 36,5 LINHA E SE DA UTURA 4!!i Lool 1-1 PLANTA FIGURA 1 - PLANTA ATERRO-TESTE Th LINHA BASE DA ESTRUTURA FLUXO El. 36,1 FIGURA 2 - SUPERFICIE VERTEDOURA El. 36,5 CONCRE TO FIGURA 3 - SUPERFICIE NAO VERTEDOURA 112 XX Seminerio National de Grandes Barragens

3 3.2 Face de Montante Conforme indicado no det.1 da figura 3, a face de montante foi executada em concreto convencional associado a formas de madeira, com volume langado de 85,5 m3. A mistura convencional de face apresentou a seguinte composigao (Kg/m3): MATERIALS ( Kg/m) Cimento 23 Pozolana 34 Agua 15 Areia Natural 647 Areia Fina 12 Brita Brita Declividade do Jusante Observa -se quo, com o use de forma, qualquer declividade dos degraus a jusante pods ser obtido Para um determinado arranjo de CCR. No caso especifico do aterro -teste de Xingo, a declividade de 1,3 H : 1, V, coincide com a mesma indicada Para a segao de galgamento do macho da barragem principal. 3.4 Interface do CCR corn Enrocamento Foi prevista a execugeo simultanea do CCR e o Ingamento de enrocamento da segao de galgamento, e o aterro teste foi utilizado para verificar a factibilidade de execugeo da proposigao de projeto, resumida na Figura 4 abaixo. No aterro -taste, a execuaao deste detalhe foi materializado ao longo dos contatos do macigo de CCR com os abragos das ombreiras construldas em enrocamento conforme se indicou na Figura 1. De modo a complementar o entendimento desta interface enrocamento /CCR, apresenta-se na Figura 5, as faixas granulomgtricas dos materials de enrocamento de transicao, zona III e do pr6prio CCR. 3.5 Produoo e Langamento Para o aterro teste, o CCR foi produzido na central de concreto convencional da obra, ja qua por ocasiao da execuaao, o pug- mill ainda estava em fase de aquisicao por parte do Consorcio- Construtor. CCR foi transportado e lancado atraves de caminhoes basculantes em volumes da ordem de 4, m3 por unidade de transports. 3.6 Espalhamento a Compactacao espalhamento do CCR foi executado mediante o emprego de tratores dos tipos D -6 e D-4 da Caterpillar. Para compactagao da camada de 4 mm de espessura, conforme projeto, foram testados dois tipos de rolo: Rolo tipo CA-35 da Dynapac. Rolo tipo CA-25 da Dynapac. Para atingir o grau de compactagfio minimo de projeto, estabelecido em 96 % foram necessirios de 8 a 1 passadas com o rolo CA Tratamento de Juntas - Concreto de Selo As juntas entre camadas de CCR foram tratadas mediante ar comprimido Para remogao do material nao aderido e detritos superficiais. Ato continuo a limpeza, foi indicado o processo do ingamento da camada seguinte de CCR, antecedido por aplicagao de uma camada de concreto convencional plastico do concreto de solo, com volume de 27,5 m3. Composigao do concreto convencional de solo: fck - 15, MPa aos 9 dias. ANCORAGENS S t e PARAMENTO DE JUSANTE ACASAMENTO NA FORMA DE DEGRAUS IN IN, IN, ^ENROCAMENTO DE TRANSI;AO ( D mdt. O,4i L ZONA 8 N. U, - 4. N FIGURA 4 - SEcAO DE GALGAMENTO - CONCEPcAO DE PROJETO XX Seminlrio Nacional de Grandes Barragens 113

4 PENEIRAS (ASTM) zyu l N 1 4 VZ I ^ 1( e r ^ 1 II ^ i 7o 4 CCR / ^ III. 5 - Sl of 41 n 64 Zo 1 4^ e^ 1, 1C S I CASCALHO MATACAO FIGURA 5 - GRADUACOES DOS MATERIALS - CCR VERSUS ENROCAMENTO MATERIALS ( Kg/rn3) Cimento 198 Pozolana 72 Agua 17 Areia Natural 712 Areia Fina 12 Brita 992 Incorporador de Ar.135 Retardador do Pega CONTROLE DE QUALIDADE 4.1 Materials Constituintes a Misturas Experimentais de CCR Materials Cimenticios Foram empregados o cimento do marca Atol, tipo CP-32 e a pozolana Poty obtida atravas de calcinacao e moagem de argilas. A composigao destes materiais, atravas de suas propriedades expressivas constam nas Tabelas 1 e Agregados Agregado Miudo O agregado milido da mistura de CCR foi composto de duas areias naturais obtidas de jazidas do proprio leito do Rio Sao Francisco (Areia n 1) a ao longo de depositos das margens (Areia no 2). A Tabela 3 apresenta as caracteristicas principais dos dois agregados citados. Na pratica, a combinacao de 3% de areia natural nq 2 + 7% de areia nq 1, constituiu o agregado mi6do do CCR na fase de execucao do aterro teste Agregados Graudos Foram empregados nas misturas de CCR do aterro, tras frag6es distintas de material britado a partir de rocha de granito-gnaisse. As granulometrias dos materiais britados sao apresentadas na Tabela 4. TABELA 1 - PROPRIEDADES MEDIAS DO CIMENTO ATOL, CP-32 A. PROPRIEDADES FISICAS n Xn Sn Vn Porcentagem Retida na # 2 119, 2,86 1,4 36,4 Finura Blaine, cm2/g 117, 378, 259, 8,4 - Massa Especifica, g/cm3 117, 3,11,2,82 Tempo de Inicio de Pega, minutos , 8,74 6, Resistancia a CompressAo, MPa: Aos 3 dias 4, 19,1 1,38 7,2 Aos 7 dias 37, 26,1 1,65 6,3 Aos 28 dias 22, ,4 4, Calor de Hidratagao, CaVg: Aos 3 dias 6, Aos 7 dias 74, XX Seminerio Nacional de Grandes Barr agens

5 B. PROPRIEDADES GUMICAS, % n Xn Sn Vn Perda ao Fogo 2 3,54,77 21,8 Residuo Insoluvel 2 1,36,33 24,7 Si2 2 22,43 1,13 5,1 Fe23 2 1,83,14 7,6 A ,63,61 13,2 CaO Total 2 64,7 1,92 3, Mg 2,4,2 49,2 S3 2 1,5,35 23, NO 2,4,3 67,3 K2 2,62,14 22, - Equiv. Alcalino em Na2O 2,44, CaO Livre 7 2,8 - - Composicao de Bogue: - C3S 2 54,61 8,4 14,7 - C2S 19 23,63 8,37 35,4 - C3A 2 9,21 1,18 2,1 - C4AF 2 5,56,42 7,6 Onde: n = numero de ensaios; Xn = resultado medio; Sn = desvio padrfio; Vn = Cooticiente de variacao TABELA 2 - PROPRIEDADES MEDIAS DA POZOLANA POTY A. PROPRIEDADES FISICAS n Xn B. PROPRIEDADES QUMICAS, % Massa Especifica, g/cm3 1 2,65 - Perda ao Fogo 3 7,8 Finura Blaine, cm2/g , " , 1 Teor de Agua Requerida, % 7 15,4 Atividade PozolAnica: AI Com a Cal, 7 dial, Kgf/cm2 6 11, - Fe23 3 5,15 Com o Cimento aos 28 dias porcentagern em relacao ao Mg 3 2,32 Controle 7 1,2 - SO3 3 1,41 ReducAo da Expansao aos 14 dias, % 5 82,3 - Si2 + A123 + Fe ,1 n Xn TABELA 3 - PROPRIEDADES DA AREIA NATURAL GRANULOMETRIA (% Retida Acumulada ) Peneira NQ Areia N91 Areia N Modulo de finura 3,13,83 Massa especifica, g/cm3 2,61 2,62 Absorcao,6,9 Material que passa na 4 2, %,9 4, TABELA 4 - PROPRIEDADES DOS MATERIALS BRITADOS GRANULOMETRIA (% Retida Acumulada ) Peneira N9 Brita n2 1 (Q max. 19 mm) Brita n2 2 (4 max. 38 mm) Brita n93 max. 64 mm) / / / / n Modulo de Finura 6, Massa Especifica 2,71 2,72 2,72 XX Seminario Nacional do Grandee Barra ens 115

6 Composicao dos Agregados A composiqao total dos agregados das misturas de CCR foi ajustada Segundo as diretrizes do ACI-27.5R-88 e do acordo com a seguinte exprossao: 1/3 P - (^ mb. ) P = Porcentagem do material qua passe na maiha de abertura d; x 1, onde: d = Abertura da malha de determinada peneira, em mm; 4max. = Diametro maximo do agregado graudo na mistura de CCR, em mm. (no caso da obra de Xingb, ^ max. = 64 mm). Como resultado das considerag6es acima, arbitrou-se a faixa granulomatrica apresentada na Tabela 5 para a composicao granulomotrica do CCR: TABELA 5 - FAIXA GRANULOMETRICA PARA COMPOSIQAO DOS AGREGADOS PARA CCR ABERTURA DA PENEIRA EM POLEGADAS % QUE PASSA EM PESO 21/ / / / nq nq nq nq nq nq nq Propriedades do CCR no Estado Fresco O controls da densidade do CCR no aterro foi feito atravgs do processo do anel metalico, muito utilizado no controle de solos e enrocamentos compactados. O ensaio oonsiste na retiradado CCR, internamente ao anel cravado na superficie da camada, ate o topo da camada sub- jacente. material 6 acondicionado ap6s pesado, para execugao do ensaio de umidade. Determina-se o volume do furo executado e posteriormente calcula-se a densidade. ensaio 6 concluido dentro de cerca de 2 minutos ap6s conduida a compactagoo da camada em ensaio. A Tabela 6 a seguir, apresenta os valores de densidade e umidade obtidos "in situ", comparativamente aos valores m6dios de onsaios do laborat6rio obtidos para as misturas experimentais. TABELA 6 - TEOR DE UMIDADE, TEMPO DE TRABALHABILIDADE, VeBe E DENSIDADE DO CCR Propriedada Pista Experimental Misturas Exp. do Laborat6rio n Xn n Xn Sn Vn Teorde 16 6,5 66 9,21,71 7,7 umidade, Tempo de , 4 9,55 29,6 trabalhabilidade VeBe se Densida ,6 dek/m3 4.3 Propriodades do CCR no Estado Endurecido Rosistancia a Comprossao Os resultados de resistancia a compressao foram obtidos atrav6s de cilindros 4 15 x 3 cm em amostra de CCR peneirada na maiha de 38 mm, submetida a mesa vibrat6ria do aparelho de VeBe, e em amostras de CCR integral com o emprego de cilindros 25 x 5 cm, adensados com um compactador manual. Os resultados mgdios obtidos a idade do 9 dias para cada mistura empregada, estao indicados na Tabela Permeabilidade "In Situ" Os ensaios foram conduzidos para as camadas 8 e 9 do macigo, imediatamente depois dos trabalhos do adensamento corn o rolo. despeito de pouca idade do CC R, os resultados obtidos foram excelentes, conforme podem ser apreciados atrav6s da Tabela 8. 5 GALGAMENTO DO ATERRO EXPERIMENTAL Palo menos em trgs vezes o aterro teste foi galgado. sendo not6rios as seguintes registros : 5.1 primeiro galgamento ocorreu quando o macigo de CCR ja havia sido concluido (trinta dias depois) os abragos com enrocamento ja langados, a menos da segao de saprolito para impermeabilizagao de montante das estruturas enrocadas. Pela falta do material de solo, durante a cheia, rompeu-se o macigo de enrocamento da margem esquerda, expondo a regiao de interface com o CCR. Nenhum dano foi observado no macigo do CCR. 52 Os dois galgamentos subsequentes, mesmo com o enrocamento da ombreira esquerda destruido, chegou a atingir da ordem de 1, m acima da crista do aterro. Ainda desta vez, nenhum dano foi observado nas superficies aparentes com acabamento em CCR. 116 XX Seminerio Nacional de Grandee Barragens

7 TABELA 7 - RESULTADOS DE RESISTENCIA A COMPRESSAO AOS 9 DIAS CONTROLE DO ATERRO TESTE MISTURA DE CCR UTILIZADA RESISTENCIA A COMPRESSAO AOS 9 DIAS DE IDADE, Kgf/cm2 EM MOLDES DE 15 X 3 CM EM MOLDES DE 25 X 5 CM III IV TABELA 8 - ENSAIOS DE PERMEABILIDADE "IN SITU" DO CCR ENSAIO CAMADA COTA K (m) (cm/seg) ,7 1,4 x ,14 9,7 x 1'7!^ 9 3 6, <9 3,2 X W 6. CONCLUSOES As seguintes conclusoes foram possiveis a partir do aterro testa: Habilitacao pravia do Construtor e da Fiscalizarao da obra para execuaao do CCR nos locais indicados em projeto. Estabelecimento antecipado das condig6es minimas necessarias para elaboracao dos ensaios de controls. Definicao do comboio de equipamentos para compactacao da espessura da camada de projeto e atendimento dos demais par5metros especificados para o CCR. Com os galgamentos sucessivos registrados, o projeto pode avaliar previamente, qual seria o comportamento do macigo galgavel concebido em CCR na forma de degraus, nos mesmos moldes do aterro experimental. use de concretos convencionais do face a de solo, anteciparam o manuseio destes concretos em presenca do CCR, com vistas a aplicacaes similares nos enchimentos massivos e recomposic5o de rocha na estrutura do vertedouro da obra. Futuramente ser5o programados na secao do aterro executado, extrag6es de testemunhos e cortes de blocos para verificacao das propriedades de modulo de deformagao, angulo de atrito e coes5o, fora e ao longo do piano de juntas entre camadas. 7. AGRADECIMENTOS A CHESF - Companhia Hidro Elatricado Sao Francisco, PROMON Engenharia Ltda.e HIDROSERVICE Engenharia Ltda, pela autorizacao da publicacao deste traba- Iho e a todos os profissionais direta ou indiretamente envolvidos no projeto e execugao. U U JUNTA TIPO II II lii I \REGULARIZACA FIGURA 6 - TRAC;OS UTILIZADOS NA EXECUcAO DO ATERRO TESTE XX SeminArio Nacional de Grandes Barragens 117

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