ESTUDOS DE DOSAGENS DE CONCRETO COMPACTADO A ROLO PARA A UHE XINGO

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1 ESTUDOS DE DOSAGENS DE CONCRETO COMPACTADO A ROLO PARA A UHE XINGO Francisco Gladston Holanda (1) Oscar Machado Bandeira (2) Jose Edson Furtado de Mendonca (3) Lucas Suassuna Filho (3) (1) Promon Engenharia Ltda. (2) Hidroservice Engenharia Ltda. (3) CHESF - Cia. Hidro ElOtrica do Sao Francisco RESUMO Este trabalho apresenta o estudo de dosagens de concreto compactado a rolo da obra de Xingo, com destaque a duas etapas distintas de conducao dos estudos de definicao dos tragos de CCR. - Faso inicial em que os estudos foram elaborados no sentido do investigacao dos materials da obra quanto a use em mistura de CCR; - Numa segunda fase, ja executiva da obra, com base em uma pratica do CCR mais abrangente e em procedimentos do dosagens desenvolvidas com tecnologia brasileira. 1. INTRODUcAO trabalho apresenta os estudos de dosagens de Concreto Compactado a Rglo, para utilizadao em estruturas do Aproveitamento Hidreletrico de Xingo, desenvolvido nos Iaborat6rios da CHESF, desde A investigagao inicial constou de estudos experimentais no Laborat6rio da CHESF, em Itaparica, independente da alternativa que viesse a ser adotada para a Barragem de Xingo, pois se previa eventual utilizadao em algumas estruturas da Obra, ou mesmo em obras futuras da CHESF. Um programa experimental, com materials da regiao Xing6 - P. Afonso - Itaparica, deu inicio aos primeiros ensaios em laboratorio, independente da definicao dos materiais a serem utilizados na sua construgao, e tambom para conhecimento da tecnologia pelo pessoal de laboratorio. Para tanto, optou-se, na ocasiao, pelo estudo de CCR corn alto teor de finos (cimento, pozolana e materials pulverulentos inertes). Com o inicio da construcao, o interesse pelo use do Concreto Compactado a Rolo em algumas estruturas do empreendimento foi determinante, tendo sido desenvolvido estudos no Laboratorio da CHESF na obra, ja com os materiais disponiveis para sua construcao. A partir de 199, fase construtiva, com os materiais ja definidos para a construcao da hidrel6trica de Xing6, utilizando os agregados para o concreto convencional, foram iniciados os estudos em laboratorio, com a primeira aplicacao de CCR em uma pista experimental e, posteriormente, no macico galgavel a Jusante da Barragem de Enrocamento e nas Calhas direita e esquerda do Vertedouro. volume de concreto Compactado a Rolo aplicado nas estruturas da UHE de Xingo, totaliza aproximadamente 1. m3. 2. FASE EXPERIMENTAL Essa fase se caracterizou pelos primeiros estudos de CCR em laboratorio da CHESF, e os primeiros contatos do pessoal envolvido em laboratorio com a nova tecnologia. Nos estudos, optou-se pelo CCR com alto teor de finos, tendo sido dividido o programa de estudos nas seguintes fases: Etapa 1 Verificagao do desempenho das resistencias a compressao axial e diametral, de argamassas preparadas com aglomerantes compostos por cimento Portland comum a pozolona, com substituicao de parte da pozolona por finos inertes. Etapa 2 Determinagao do calor de hidratacao do aglomerante composto por diferentes misturas de cimento Portland e pozolana. Etapa 3 Estudos de dosagens de CCR com determinagao de algumas propriedades. XX Seminario National de Grandes Barragens 261

2 2.1 Verificagao do Desempenho da Resistencia A Comprenssao Axial em Argamassas Estes ensaios permitem verificar a atividade Pozolona- - Cimento, em argamassas de tracos em peso de 1:3 (cimento + pozolona + finos inertes : areia), com relacao Agua : finos total =,48. Na tabela 2 e Grafico 1, registram-se os valores da evolucao da resistencia a compreenssao axial ate a idade de 18 dias. Pelos resultados obtidos, ate a idade de 28 dias, qualquer quantidade de pozolona substituida por material fino inerte, acarreta queda de resistencia da argamassa. No entanto, os rendimentos dos diversos aglomerantes sao constantes desde a relacao de cimento: pozolona de 64:36 ate 36:64, sendo que a proporg&o de 3:7 o rendimento decresce apbs a idade de 28 dias. As proporcoes de cimento: pozolona para cada teor, foram as seguintes: POZOLONA %INERTE CIM.: POZOL 7 1: 17,5 52,5 64: :5 52,5 17,5 36: Determinagao do calor de hidratagao do aglomerante A fim de avaliar a eficiencia da pozolona, em cada mistura, foi determinado o calor de hidratagao variando o percentual de pozolona em volume sblido de a 8%, conforme Tabela 1, obtendo-se os valores constantes do Grafico 2, TABELA 1 - CALOR DE HIDRATACAO DOS AGLOMERANTES AGLOME- RANTE AGLOMERANTE EM VOLUME (%) CALOR HIDRATACAO calg Cim. Poz. 3 dias 7 dias 28 dias Materiais Empregados A) Cimento Empregou-se nos ensaios cimento Portland CP-32, proveniente de partida recebida do Canteiro de Obras de Itaparica, no ano de 1986, tendo sido obtidos os resultados contidos na Tabela 3. TABELA 3 - ENSAIOS FISICOS DO CIMENTO PROPRIEDADE RESULTADO Massa Especifica 3,13 g/cm3 Finura na Peneira n % Finura Blaine 376 m2/kg Agua de consistencia da pasta 26,8 % Tempo de inicio de pega 2:43 h B) Pozolana TABELA 4 - ENSAIOS FISICOS DA POZOLANA PROPRIEDADE RESULTADO Massa Especifica 2,67 g/cm3 Finura na Peneira n ,6% Finura Blaine 98m m2/kg Agua de consistencia da pasta com 2% de pozolona 28,3% Agua requerida 16% Umidade da amostra,2% C) Agregado MiOdo Inicialmente, previu-se o emprego de areia do leito do rio Sao Francisco, colhida entre os eixos de Xingb e Pao de Acucar. Como nao foi possivel, na epoca, a extracao dessa areia, foi utilizada mistura das areias das areas..j" e "L" de Itaparica, de forma a enquadrar -se na faixa granulometrica correspondente. Foram testadas misturas nas proporcoes (7% areia "L" + 3% areia "J"), (5% areia "L" + 5% areia "J") e (3% areia "L" + 7% areia "J") obtendo-se curvas granulometricas que constam dos Graficos 3 e 4. No referido grafico, apresenta- se a granulometria da areia presente nas proximidades de Pao-de-Acucar (areia padrao). Na Tabela 5, registram-se os modulos de finura das areias estudadas e na Tabela 6, as caracteristicas da areia adotada para ensaio. TABELA 2 - EVOLUCAO DA RESISTENCIA A COMPRESSAO MISTURA NQ COMP DE FINOS (% EM PESO) RESISTENCIA A COMPRESSAO (Mpa) CIM. POZOL F. INERTES 3 D 7 D. 14 D. 28 D. 9 D. 18 D ,85 1, 2,1 3,2 6, 8, ,5 52,5 1,6 3,2 5, 5,9 1,1 11, , 4,2 6,7 7,4 12,5 14,9 4 52,5 17,5 3,7 6,4 8,7 1,7 16,3 19, ,5-4,3 6,4 1,2 13,3 15, 17,4 262 XX Seminario National de Grandes Barragens

3 2 Is. W IL 12 X5.a 4 ^ z 3 2 w 4 2 _ I 6 IDADE (DIA S) -LOG GRAFICO 1 - EVOLUCAO DA RESISTENCIA A COMPRESSAO AXIAL 1 AGLOM 1(%C) so AGLOM 3 (6%C 4 %P) 7 AGLOM 4 (4%C+6%N) a 6 AGLOM.(3%C4 7%F) Q O x 5 W a - 4 a AGLOM 6(2%C^8 {rp), 3 2 i )I 26 IDADE (DIAS) GRAFICO 2 - CALOR DE HIDRATAQAO DOS AGLOMERANTES XX Seminerio Nacional de Grandes Barrens 263

4 TABELA 5 - MODULO DE FINURA DAS AREAS AREIA MODULO DE FINURA Areia L 3,4 Areia J 2,41 Areia 7% L + 3% J 2,83 Areia 5% L + 5% J 2,79 Areia 3% L + 7% J 2,6 Areia padrfio 2,9 max. 2,45 med. 2, min. TABELA 6 - CARACTERISTICAS DA AREIA ADOTADA PARA ENSA1 PROPRIEDADES RESULTADOS D) AGREGADO GRAUDO A brita empregada de diametro maximo = 38mm, de origem granito - gnaissica, teve sua granulometria composta de duas fracoes. As demais propriedades constam da tabela 7. TABELA 7 - CARACTERISTICAS DA BRITA ADOTADA PARA ENSA1 PROPRIEDADES BRITA 19mm RESULTADOS BRITA 38MM Massa especifica 2,62 2,65 Absorrao,5,3 Abrasao "Los Angeles" % 13,9 13,7 Modulo de finura 6,53 7,8 Peso Unitario Sotto 1,6 g/cm3 Massa Especifica 2,65 g/cm3 Absorcao,2% - Modulo de finura 2, L - 1 AR EIA "J" / 2-34 N 42 AREIA " L " AEU PAUMVJ / 5 W so GRAFICO 3 GRANULOMETRIA DAS AREIAS "L" e "J" DE ITAPARICA 1 - / - 9 p75,1,15,3 46 1,1,2 2,4 4, oo _ AR IA PA. 7 L 3O J 5%L+5 J 3 Lt7 J GRAFICO 4 GRANULOMETRIA DAS AREIAS COMPOSTAS s I e^,75,1.15,3, 9 LLd1 264 XX SeminArio Nacional de Grandes Barragens

5 1 TO BRITA 1 1 (ESPECIFICADA 6 4 BRITA 1 BRITA (EMPREGAOA ) ZSPECIFIC1DA 5- ) 5 F / T RITA 2 (EMPREGADA) i GRAFICO 5 GRANULOMETRIA DAS BRITAS 1 E ,3,6 1, 1,2 2,4 4,8 9, Dosagem dos agregados A dosagem dos agregados foi feita atraves do maximo peso unitario compactado do agregado em mesa vibrat6ria. ensaio foi realizado em duas etapas, na primeira o agregado graudo otimizando a mistura entre as britas 1 e 2. A partir da proporrao de maximo peso unitario compactado, inclusive a areia, dosando-se a composicao total dos agregados Dosagem do agregado graudo A composicao do agregado graudo - melhor mistura de Brita 1 e Brita 2 - foi determinada em um recipiente cilindrico de 3, litros, posicionado em uma mesa vibrat6ria de 2.9 r.p.m., durante 1 minuto, preenchido em tras camadas de alturas aproximadamente iguais. Os resultados obtidos constam da tabela 8 abaixo TABELA 8 - PESO UNITARIO COMPACTADO DO AGREGADO GRAUDO MISTURA BRIITA 1 BRIITA 2 PESO UNITARIO (g/cm) 1-1 1, , , , , , , , ,573 2,15-1,85-2,1-1,8-1,75-1,7 1,65 O I TEOR EM MASSA DE ARE IA (%) O TEOR EM MASSA DE BRITA ( 55%bl+45 % b2) (%) GRAFICO 6 - DOSAGEM DO AGREGADO MIUDO XX SeminArio Nacional de Grandes Barragans 265

6 Adotando-se o mesmo procedimento de ensaio do agregado graudo, com relacao 55:45 (Brita 1 : Brita 2), determina-se a quantidade do areia qua maximizasse o peso unitario compactado total, conforme Tabela 9 e grafico 6. TABELA 9 - PESO UNITARIO COMPACTADO DO AGREGADO TOTAL MISTURA % AREIA % BRITA 1 % BRITA 2 PESO UNITARIO (glcm) , ,75 29,25 2, ,65 28,35 2, , ,9 26,1 2, ,3 24,75 2, ,15 23,85 2, ,5 22,5 2, ,75 2,25 2, ,831 major peso unitario compactado obtido foi 2,13 g/cm3, e com base nestes resultados, adotou-se, para o trago basico do CCR, a proporg5o de agregados 4,:3,3:2,7 (areia : Brita 1 : Brita 2) Dosagem de CCR Adotando-se o trago basico de agregados 4, : 3,3 : 2,7, procedeu-se a definicao dos tracos A, B e C, conforme Tabela 1. Os estudos incluiram a moldagem e a ruptura de corpos de prova com tres diferentet tragos de concreto rolado de alto consurno de pozolana. TABELA 1 - COMPOSIQAO DOS TRAqOS ESTUDADOS MATERIAL CONSUMO ( Kg/m3) TRAC;O A TRA9 B TRACrO C - Cimento Pozolona Areia Brita Brita Agua moldagem dos corpos Com cada um dos tragos, foram moldados 27 corpos de prova cilindricos de 15 x 3 cm, 2 corpos da prova para ensaio de aderencia de junta. Os corpos de prova foram submetidos aos ensaios mecanicos nas idades de 7, 28, 9 e 18 dias, a compressao axial, tracao por compressao diametral e modulo do elasticidade. A moldagem dos corpos de prova cilindricos, obedeceu aos seguintes procedimentos: Atraves de um prolongador metalico, aumentou-se a altura do molds em 6 cm: Preencheu-se o molde ate a altura de 2 cm, coma mesa vibratoria ligada; Sobre a superficie de concreto, posicionou-se um peso cilindrico de 12 cm de diametro a 3 Kg de massa, durante 9 segundos com a mesa vibratoria acionada; Retirou-se o prolongador do molde, procedendo-se ao acabamento da superficie. Para os corpos de prova prismaticos, o preenchimento foi feito em 3 camadas de 8 cm de altura, adensando na mesa vibratoria por 9 segundos, colocando-se um peso de 6 Kg sobre tabuas Caracteristicas dos tragos estudados TABELA 11 - RELAQOES PRINCIPALS DOS TRAQOSESTUDADOS PROPRIEDADES EM PESO TRA9O A TRA9O B TRA9O C Teor de pozolona no aglomerante % Relacao agua/ci-,75,56,45 mania + pozolona Teor de pasta % 11,9 14,2 16,4 Relacao pasta/,25, 29,34 argamassa Consumo de aglomerante Densidade 165 Kg/m3 22 Kg/m3 275 Kg/m3 Calculou-se o grau de compactag5o, pela expressao: GC= Peso do molde-taxa Volume do molde Densidade teorica A densidade foi determinada, para cada trago, em 3 corpos de prova de 15 x 3 cm, conforme quadro abaixo: TRAC,O DENSIDADE TEORICA ( t/m) DENSID. PELO CORPO DE PROVA (T/m3 GC % A 2,44 2,29 94, B 2,45 2,4 98, C 2,45 2,44 99, Resistancia a compressao axial e diametral A tabela 12 apresenta os resultados de ruptura a compressao axial e a tracao por compressao diametral dos corpos de prova moldados com os tracos A, B e C. 266 XX Seminerio Nacional de Grandes Barragens

7 TABELA 12 - RESISTENCIA A COMPRESSAO AXIAL E A TRACAO POR COMPRESSAO DIAMETRAL. PARAMETROS IDADE (dias ) TRA9O A ( MPa) TRA9 B (MPa) TRA9O C (MPa) Res i s te nc i a a Compresao Ax i a s l 7 5,7 1,4 16,2 28 7,5 13,6 21,7 9 1,1 16,3 23, 18 11,5 17,2 26,2 Resistencia 7,75 1,8 1,4 a Trapao por 28,81 1,16 2,5 Compressao 9 1,1 1,74 2,5 Diametral 18 1,37 1,83 2,7 3. FASE CONSTRUTIVA Os primeiros estudos desenvolvidos para o Concreto Compactado a Rolo, na fase experimental, foram dirigidos para o concreto com caracteristicas de alto teor de materiais cimentfcios. No entanto, como se sabe, as pozolonas no Nordeste tern o seu prego posto na obra praticamente igual ao prego do cimento, tornando-se um material pouco competitivo, por conseguinte a procura por outros materiais alternativos se torna preponderante. Na fase construtiva, ora em andamento, procurou-se empregar os materiais disponiveis para serem utilizados nos concretos convencionais da obra, dirigindo o estudo para concretos pobres em aglomerantes. 3.1 Materiais Utilizados Aglomerantes Como aglomerantes, foram utilizados Cimento Atol do tipo CP-32 e Pozolona Poly, de Argila Calcinada, materiais esses normalmente empregados nos outros concretos da Obra. As principais caracteristicas media dos aglomerantes sao: CIMENTO ATOL Porcentagem retida na # 2 2,84 Finura Blaine - cm2/g 3.7 Massa Especifica - g/cm3-3,12 Tempo de Inicio de Pega - min. 144 Resistencia a Compressao (MPa) Aos 3 dias 2,1 Aos 7 dias 26,4 Aos 28 dias 37,1 Calor de Hidratacao - cal/g Aos 3 dias 65, Aos 7 dias 76. Perda ao Fogo % 3,5 Residuo Insoluvel - % 1,4 Si 2 22, Fe3 1,63 A123 4,4 CaO 63, MgO,6 SO3 1.7 Na2O.3 K2,61 Equivalente Alcalino,43 C3S 53, C2S 23, C3A 9,1 C4AF 5,1 POZOLONA POTY Finura Blaine - cm2/g 1. Massa especifica - g/cm3 2,65 Teor de Agua Requerida - % 16 Atividade Pozolanica com cal-mpa 1, Atividade Pozolanica com cimento-% 1,4 Reducao da Expansao 82, Perda ao fogo % 7,5 SiO2 52, Fe23 5, MgO 2,3 SO3 1, Agregados graudo e miudo Como agregado miudo, foram utilizadas areias natural do riacho Corituba, artificial - produzida pelo sistema de britagern da Obra, e areia fina de ocorrencia na area da futura subestacao e ao longo das margens do rio Sao Francisco. XX Seminerio National de Grandes Barragens _ 267

8 TABELA 13 - GRANULOMETRIA DOS AGREGADOS PENEIRA BRITA 3 BRITA 2 BRITA 1 AREIA NAT. AREIA ART. AREIA FINA (mn) (64 nm) (38mn ) ( 19nm) (CURITUBA ) ( BRITAGEM ) ( SUBESTA^AO) , ,5 - I , ,2 - I , , , , MODULO DE FINU- RA 8,69 7,75 6,59 2,91 3,29,82 Os agregados graudos foram obtidos na central de britagem da Obra, e sendo compostos de britas 1, 2, 3, diametros maximos iguais a 19 mm, 38 mm e 64 mm, respectivamente. A Tabela 13 mostra a granulometria dos materials empregados nesta fase de dosagens. 3.2 Determinacao do Traco Piloto de CCR Foram efetuadas misturas experimentais com os materiais disponiveis, fixando o consumo de aglomerante, em torno de 1 Kg/m3 de CCR. Algumas misturas nao apresentaram remoldagem, mesmo com o aumento do teor da agua unitaria, principalmente corn a utilizacao de areias grossas em sua composigao. Com a introducao de areia fina, com modulo de finura =,82, o comportamento do concreto melhorou sensivelmente passando a apresentar remoldagem VEBE, ou seja, areias grossas para CC R devern ser misturadas com materiais finos de modo a assegurar uma boa trabalhabilidade e com reduzido indice de vazios. O grafico 7 e a tabela 14. apresentam as primeiras misturas de CCR. GRAFICO 7 - UMIDADE X TEMPO VEBE DAS MISTURAS 268 XX Seminerio Naciona/ de Grandee Barragens

9 TABELA 14 - MISTURAS DE CCR ESTUDADOS TRACO COMP DE FINDS ( % EM PESO ) RESISTENCIA A COMPRESSAO ( MPa) Pt Pp ht hp VESE CIM. POZOL. AREIA CURITUBA AREIA SUBESTAC BRITA 1 BRITA 2 BRITA 3 AGUA ( kg/m) (Kg/m) (X) (X) M o d. (seg) GO (X) A ,9 11,1 3 96,6 B ,3 8,3 6 96,6 C ,7 7, , , ,6 E ,4 6, 6 97,8 3.3 Segunda Etapa de Ensaios Venticacao de misturas de CCR corn composicao de Nesta segunda etapa, os principais objetivos foram: areias naturais do Corituba e da area da futura Caracterizacao de misturas com indice de traba- subestacao, a base de 5% (em peso) de cada. Ihabilidade VeB6 na faixa de 15 a 3 seg.; Os resultados de ensaios constam da Tabela 15. TABELA 15 - COMPOSICAO DAS MISTURAS DE CCR 3 MATERIALS - ( kg/m ) t^ipt ``JJ 3 CIM. POZOL. AREIA AREIA BRITA 1 BRITA 2 BRITA 3 AGUA (kg/m) CURITUBA SUBESTAt Pp ht hp VEBE Mo d. 3 Kg/m (X) (X) (seg) GO (X) F N ,4 7, J , ,5 L ,7 7, , ,7 7, ,2 II ,7 7, , ,5 7, IV , onde ; YPT= densidade te6rica pp= densidade pratica ht= unidade te6rica hp= unidade pratica GC= grau do compactacao XX gseminario Nacional de Grandes Barraene 269

10 3.3.1 Interpretagao dos resultados obtidos a) Agua de amassamento x indice VeBe modificado GRAFICO 8 - INDICE VEBE MODIFICADO (SEG) GRAFICO 9 - UMIDADE PRATICA (%) a i No grafico 8, estao representados todos os pares de agua de amassamento (Kg/m3) e fndice de traba- Ihabilidade VeBe (seg.) para as misturas constantes das Tabelas 15. Para o fndice VeBe referencial de 15 seg., a agua obma de mistura resulta igual a 128 +/- 3 Kg/m3. Na pratica corn a acao de compactacao do rolo, o fndice VeBe ideal foi ajustado para um valor seguro, fora da zona de "borrachudo" da camada. b) Grau de compactacao x umidade pratica Observa-se que em torno do valor de 8% da umidade pratica (hp), concentram-se os valores mais elevados do grau de compactacao (GC), conforme mostra o Grafico 9. De modo geral, todos os resultados de GC, resultaram superiores ao minimo de 96%, conforme especificado. C) UMIDADE TEbRICA (ht) X UMIDADE PRATICA (hp) Esta representarao grafica, indica a existencia de uma otma correlacao entre a umidade teorica (ht) obtida analiticamente e a umidade pratica (hp), esta Gltima determinada sob a forma de umidade do material que passa na malha de 19mm 4. AGRADECIMENTOS A Companhia Hidro Eletrica do Sao Francisco - CHESF, Promon Engenharia Ltda. e Hidroservice Engenharia Ltda pela autorizacao da publicacao deste trabalho e a todos os profissionais envolvidos nos estudos. GRAFICO 1 - UMIDADE PRATICA (h) is XX Seminario Nacional de Grandes Barragens