REFORÇOS E REPAROS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO DA UHE DE FURNAS. Fernando Ismael Tortorello Carlos de Alencar Dias Sobrinho Walton Pacelli de Andrade

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1 REFORÇOS E REPAROS EM ESTRUTURAS DE CONCRETO DA UHE DE FURNAS Fernando Ismael Tortorello Carlos de Alencar Dias Sobrinho Walton Pacelli de Andrade FURNAS Centrais Elétricas S.A. RESUMO Neste trabalho estão apresentadas as metodologias empregadas nos reforços e nos reparos das selas de apoio e blocos de ancoragem dos condutos forçados e da superfície hidráulica da calha do vertedouro da Usina Hidrelétrica de Furnas, pertencente à FURNAS Centrais Elétricas S.A. Nesta recuperação foram aplicados caldas e argamassas de alto desempenho. 1 - INTRODUÇÃO DESCRIÇÃO DO EMPREENDIMENTO A Usina Hidrelétrica de Furnas, pertence a FURNAS Centrais Elétricas S.A, e teve início da construção em julho de 1958 e operação em setembro de 1963, está localizada no rio Grande, município de São José da Barra-MG, com uma potência instalada de MW. É uma barragem de enrocamento com núcleo de argila, com 127 m de altura, possuindo volumes de terra e enrocamento de m 3 e m 3 de concreto HISTÓRICO Selas de Apoio e Blocos de Ancoragem dos Condutos Forçados 1

2 As 56 selas de apoio e os 8 blocos de ancoragem estão localizadas entre a tomada d água e a casa de força. Em inspeções realizadas nas estruturas de apoio dos condutos forçados, verificou-se alto índice de fissuras em forma de mapa, desagregação e desplacamento do concreto e armaduras expostas, mostrando a existência de reação álcali-agregado (RAA). Análises microscópicas executadas pelo Laboratório de Concreto do Centro Tecnológico de Engenharia Civil pertecente ao Departamento de Apoio e Controle Técnico de FURNAS, em testemunhos extraídos das estruturas, confirmaram a existência de um gel expansivo. A reação ao álcali-agregado é um mecanismo de deterioração do concreto bastante sério e pode comprometer a durabilidade e operacionalidade de uma estrutura. Tipicamente, esta reação é lenta nos primeiros estágios, mas se desenvolve mais rapidamente ao longo do tempo. A reação álcali-agregado, que nas estruturas de concreto da Usina de Furnas parecem ter se iniciado há vários anos, tem como catalisadores, a alta temperatura e a umidade. FOTOGRAFIA (1) 2

3 Fluxo Conduto forçado Sela Bloco de ancoragem Sela A B C D E F G FIGURA FOTOGRAFIA (2) - Fissuras Resultantes da RAA FOTOGRAFIA (3) - Fissuras Resultantes da RAA FOTOGRAFIA (4) - Desplacamentos FOTOGRAFIA (5) - Armadura Exposta 3

4 FOTOGRAFIA (6) - Armadura Exposta FOTOGRAFIA (7) - Fissuras com Desalinhamento do Concreto Superfície Hidráulica da Calha do Vertedouro O vertedouro da Usina Hidrelétrica de Furnas é composto por 189 placas de 12 m x 12 m, totalizando m 2 de superfície hidráulica. Devido aos vertimentos ao longo dos anos constatou-se que as placas se apresentavam desgastadas, com erosão da superfície hidráulica. FOTOGRAFIA (1) - Calha do Vertedouro FOTOGRAFIA (2) - Calha do Vertedouro 4

5 FIGURA MÉTODO EXECUTIVOS PROJEÇÃO DE ARGAMASSA DE ALTO DESEMPENHO Tratamento da Superfície do Concreto Foi executada a decapagem do substrato com jato de areia úmida, tipo Wet-Blast, removendo-se a crosta superficial do concreto, ficando inteiramente isenta de qualquer impureza, com aspecto uniforme e sem manchas. O jato foi aplicado em movimentos circulares, a uma distância média de 20 cm, com ângulo de 60º entre a direção do jato e a superfície do concreto. 5

6 FOTOGRAFIA (1) - Decapagem do Substrato com Jato de Areia Úmida FOTOGRAFIA (2) - Jateamento das Estruturas Saturação do Substrato A aderência do concreto velho ao novo revestimento apresenta melhores resultados quando a superfície é saturada durante um período mínimo de 12 horas, sendo que em saturações mais demoradas, acima de 24 horas, deverá ser evitada para não provocar a formação de lodo sobre o substrato. Nos reparos efetuados nas estruturas de concreto da Usina de Furnas, foi adotado o critério de 24 horas de saturação com água corrente utilizando-se o sistema de aspersão. FOTOGRAFIA (1) - Superfície Jateada e Satura FOTOGRAFIA (2) - Saturação do Substrato 6

7 Armadura As áreas onde havia trincas e fissuras foram recobertas com tela metálica soldada com malha 10 cm x 10 cm e diâmetro do fio 4,2 mm, havendo o trespasse sido feito por justaposição de duas malhas. A tela foi fixada à estrutura com grampos tipo L de diâmetro 5 mm e por pinos fixados com equipamento de cravação, utilizados para garantir a proximidade da tela com a estrutura. A superfície hidráulica da calha do vertedouro não apresentava trincas ou fissuras. 15 cm 3,4mm 3,4mm FIGURA FOTOGRAFIA (1) - Colocação de Tela FOTOGRAFIA (2) - Colocação de Tela Argamassa 7

8 Os reparos das estruturas de concreto na Usina de Furnas, na recomposição da superfície hidráulica da calha do vertedouro e revestimento das selas de apoio e blocos de ancoragem, foram executados com argamassa projetada por via úmida. O emprego dos materiais foi pesquisado de modo a se inibir a reação expansiva com os álcalis do cimento, sendo constatado a necessidade a utilização da adição de sílica ativa ativada com aditivo superplastificante, e outros aditivos incluindo fibra de polipropileno. A dosagem utilizada nos reparos está descrita na Tabela (1) a seguir. TABELA (1) Descrição Quantidade Cimento Portland CP III 548 kg/m 3 Sílica ativa-nd (kg/m³) 69 kg/m 3 Areia natural kg/m 3 Aditivo superplastificante 1 a 3% (%) Polímero acrílico 1% Fibra de polipropileno 0,9 kg/m 3 Água (kg/m³) 242 kg/m 3 Cimento equivalente 644 kg/m 3 A/C equivalente 0,38 FOTOGRAFIA (1) - Introdução dos Aditivos (Polímero Acrílico e Superplastificante) FOTOGRAFIA (2) - Introdução de Fibra de Polipropileno na Betoneira Os resultados da resistência à compressão axial simples da argamassa, obtidos nas rupturas dos corpos de prova cilíndricos de 5 cm x 10 cm, moldados na obra, foram os descritos na Tabela 2 a seguir. 8

9 Relação A/C Média (MPa) TABELA (2) Nº de Exemplares Desvio Padrão (MPa) Coef. De Variação (%) Idade (dia) Idade (dia) Idade (dia) Idade (dia) ,33 42,2 47,2 62, ,34 35,5 42,4 50, ,35 38,3 48,7 55, ,36 36,0 46,8 50, ,37 34,2 43,4 48, ,7 4,2 7,7 13,8 9,6 15,8 0,38 35,9 46,1 46, ,5 7,1 6,8 15,3 15,3 14,7 0,39 30,0 37,2 41, ,4 6,1 6,8 17,8 16,4 16,6 0,40 33,2 39,5 47, ,41 32,5 40,9 42, , , ,45 33,9 46,9 45, Aplicação da Argamassa A argamassa foi projetada via úmida por processo mecânico com bomba do tipo helicoidal, conectada a um mangote com bocal espargidor de 20 mm. A aplicação da argamassa foi executada em movimentos circulares garantindo uma aplicação em camadas homogêneas, a uma distância média de 20 cm entre o bico e o plano do substrato e pressão de 5 kg/cm 2 na ponta do estator. FOTOGRAFIA (1) - Projeção de Argamassa FOTOGRAFIA (2) - Projeção de Argamassa Sobre Superfície Saturada 9

10 A homogeneização da argamassa é fundamental para a projeção. Definiu-se que os aditivos a sílica ativa e um terço da água da dosagem seriam pré-misturados na betoneira. Este procedimento além de melhorar a qualidade da mistura, reduziu o tempo das betonadas em relação ao processo convencional. FOTOGRAFIA (3) - Homogeneização da Argamassa Os outros materiais (cimento, areia, fibra de polipropileno e água) foram adicionados posteriormente na betoneira, resultando num produto homogêneo e trabalhável. A espessura média da argamassa projetada na calha do vertedouro e nos blocos de ancoragem e nas selas dos condutos forçados foi, respectivamente, de 2,2 cm e 3,0 cm, controlada com marcos removíveis Acabamentos Superficial da Argamassa Na superfície da calha do vertedouro a argamassa foi sarrafeada e desempenada. 10

11 FOTOGRAFIA Acabamento da Argamassa Nas estruturas de concreto dos condutos forçados não foi executado acabamento superficial com o objetivo de aumentar a produtividade dos serviços, por não se tratar de superfície hidráulica Cura O agente de cura química foi aplicado imediatamente após o acabamento superficial da argamassa. A cura com água corrente foi executada com sistema de aspersão, a partir do instante em que a argamassa se apresentava resistente à abrasão pela água (aproximadamente 4 horas após o acabamento), durante um período de 14 dias consecutivos. FOTOGRAFIA (1) - Aplicação de Cura Química FOTOGRAFIA (2) - Cura da Argamassa com Água Corrente TRATAMENTO DE FISSURAS 11

12 Nas fissuras e trincas das estruturas de concreto dos condutos forçados foram adotadas injeções de calda de cimento e sílica ativa visando colmatar as fissuras, impermeabilizar e garantir a integridade da estrutura. Para a execução da injeção de calda, anteriormente à aplicação da argamassa foram instalados tubos de PVC de ½, estrategicamente fixados, com resina epóxi, na periferia da fissura. A injeção da calda, previamente homogeneizada em misturador, foi executada com bomba helicoidal, conectada a um mangote com manômetro, garantindo-se uma pressão média de 0,5 kgf/cm². A seguir, na Tabela 2.2, está descrita a dosagem da calda utilizada. TABELA 2.2 Descrição Quantidade (kg) Cimento Portland CPIII 50 Sílica ativa-nd 5,3 Aditivo superplastificante 0,61 Água 57,4 Registro de Esfera (1/2 ) Conduto Forçado Tubo PVC (1/2 ) Resina Epóxi Fissuras Tubo de PVC (1/2 ) Furo (Ø 3/4 ) Fissuras Tubo de PVC (1/2 ) FIGURA

13 2.3 - EPAROS NO CONCRETO DESAGREGADO E NAS FALHAS DE CONCRETAGEM Preparo de Superfície Todo o material desagregado foi removido utilizando-se rompedores pneumáticos, havendo sido as regiões demarcadas por meio de discos rotativos formando quadrados ou retângulos. O concreto velho foi removido na região das barras de armadura, de forma a ficar exposta em pelo menos 5 cm ao redor. FOTOGRAFIA (1) - Retirada do Material Desagregado Utilizando Rompedores FOTOGRAFIA (2) - Estrutura Limpa e Saturação Limpeza A limpeza da superfície rompida foi executada com uso de água e ar comprimido, a fim de promover a remoção de todo o material solto, resultante do concreto defeituoso Concretagem 13

14 A concretagem foi executada sobre superfície saturada seca (SSS). O concreto foi homogeneizado em betoneira de 500 litros e adensado com mangote vibratório de imersão, com 25 mm de diâmetro. A seguir, na Tabela 2.3.3, está descrito o traço do concreto utilizado nos reparos e nas falhas de concretagem. TABELA Descrição Quantidade (kg/m³) Cimento Portland CPIII 548 Sílica ativa-nd 69 Areia natural lavada Brita (Dmáx 19 mm) Água 160 Aditivo superplastificante 8,6 Cimento equivalente 411 FOTOGRAFIA (1) - Colocação de Fôrmas para Concretagem FOTOGRAFIA (2) - Cura com Água Através de Aspersores Cura O agente de cura química de vedação foi aplicado após concretagem, formando uma membrana retentora de água na superfície do concreto. A cura com água foi aplicada por um sistema de aspersores durante um período de 14 dias consecutivos. 14

15 3 - CONSIDERAÇÕES O desempenho dos reparos, em geral, foi considerado satisfatório, tendo em vista inspeções efetuadas em maio de 2001, onde não foram observados desplacamentos Em trabalhos desta natureza, o uso da argamassa com adição de microssílica apresenta-se como uma alternativa viável, tanto do ponto de vista econômico como técnico, embora, para uma avaliação a longo prazo, serão exigidas observações no desempenho, após a operação dos vertedouros nos anos que vindouros Simulações de aderência argamassa/concreto velho serão objeto de estudos em laboratório, com o objetivo de avaliar o possível efeito de retração por secagem da argamassa na interface. 4 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Equipe de FURNAS, Laboratório de Concreto, Departamento de Apoio e Controle Técnico. Concretos: Massa, Estrutural, Projetado e Compactado com Rolo: Ensaios e Propriedades; editor Walton Pacelli de Andrade. São Paulo: PINI, Relatório FURNAS Centrais Elétricas S.A. - DCT.T R0: Recuperação da Superfície da Calha do Vertedouro - 2ª Etapa. novembro, Relatório FURNAS Centrais Elétricas S.A. - DCT.T R0: Reforços e Reparos nas Selas de Apoio e Blocos de Ancoragem dos Condutos Forçados. março,