XIV SEMINARIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS

RECIFE

AGOSTO 1981

M TORO DE CONCRETAGEM DAS CIAVETAS DA FUNDACXO DA DARRAGEM

PRINCIPAL DE ITAIPU

TEMA III

ENGQ IDEVAL BETIOLI

DIYIS.O DE CONTROLE DE QUALIDADE

DE CAMPO

ENG°- LULRCIO SCANDIUZZI

DTVISAO DE LABORATORIO E INSTRUMEN

TAQXO DE CONCRETO

ENG2 ADEMAR SONODA

DEPARTAMENTO DE SUPERVISAO DE CONS

TRUQAO

ITAIPU BINACIONAL

87

1. APRESENTA AO

pace ex.. to _^=a .e e coit_nai iaaeti orizonta_ti no ci

go rochoso de fundaggo da Barragem Principal (tomadas d'agua

no leito natural do rio) de ITAIPU, foi necessario o tratamen

to dessas descontinuidades, principalmente no que se refere

ao combate aos esforgos cisalhantes.

A sobre-escavadgo para remocgo da rocha ate a descontinuidade

era desaconselhavel tanto no aspecto economico, visto que o

volume adicional a ser escavado era grande, quanto, principal

mente, ao comprometimento do cronograma da Obra, ja que o ini

cio de lancamento do concreto da Barragem Principal teria que

ser defasado de aproximadamente 6 meses. 0 volume de concreto

da Barragem Principal (4 x 10 6 m3) representa cerca de 30%

do volume total da Obra.

A soluggo adotada para o tratamento da descontinuidade foi o

chavetamento da fundaggo atraves da escavadgo de tuneis aber

tos em forma de grelha, corn diametro medio de 3 metros, no ni

vel da descontinuidade, aproximadamente 20 in abaixo da cota de

fundaggo da barragem e, posterior enchimento dos mesmos coin

concreto ngo armado.

Sgo apresentados, neste trabalho, os detalhes relativos ao

transporte e langamento de concreto para preenchimento dos to

neis escavados, paralelamente a concretagem das estruturas de

concreto da Barragem Principal.

2. ALTERNATIVAS PARA LANCAMENTO

0 use de bombas para transporte e langamento do concreto, a

principio um esquema via'vel, mostrou alguns inconvenientes

que levaram a procura de alternativas de langamento mais ade-

quadas as condigoes locais.

Podem ser enumerados como fatores negativos para o use de born

bas a dificuldade de transporte e descontinuidade de abasteci

mento, grandes volumes de injegoes necessarias para o perfeito

contato concreto-rocha na geratriz superior dos tuneis, gran-

89

des distancias de bombeamento, entre outros.

Sendo a Barragem Principal de ITAIPU do tipo gravidade alivia

da, optou-se pelo langamento de concreto por gravidade, desde

o nivel de fundagao ate os tuneis escavados, atraves de furos

executados na rocha entre as "almas"dos blocos.

Os desenhos 1 e 2 mostram esquematicamente a "grelha" de tu-

neis escavados para chavetamento da fundagao da Barragem Prin

cipal.

3. ENSAIO SIMIJLADO

Antes porem do inicio dos trabalhos de concretagem dos tuneis,

foi feito um ensaio de simu1acao do langamento de concreto,vi

sando principalmente adequar as caracteristicas da mistura a

ser usada. A mistura usada deveria ter alta trabalhabilidade

de forma que escoasse por furos de 6 polegadas, ate 40 m de

comprimento e 300 de inclinaga"o com a horizontal, porem deve-

ria ser tambem de uma consistencia tal,que efeitos de segre-

gaCao durante o langamento no pudessem comprometer a qualida-

de do concreto lancado.

0 use de aditivos "super" plastificantes foi evitado,em vista

de testes de laboratorio terem mostrado que seu efeito e limi

tado a um periodo relativamente curto (30 a 60 minutos),e pre

vendo que o langamento de concreto nos tuneis seria lento,es-

te fator poderia comprometer a sequencia dos trabalhos.

Para simulagao do furo de concretagem feito na rocha, foi usa

do um tubo de borracha com 20 m de comprimento, 5 polegadas de

diametro, colocado em posigao vertical.

Foi tambem construida uma forma que deveria simular algumas

condigoes a serem encontradas durante o langamento e adensa

mento do concreto nos proprios tuneis.

Para tanto a mesma deveria apresentar irregularidade na parte

superior e permitir adensamento apenas parcial do concreto.

A figura 3 mostra detalhes da forma usada.

0 concreto foi langado e adensado com vibradores de imersao

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ate que atingisse o nivel inferior das "janelas" deixadas na

lateral da forma. Neste ponto, os vibradores foram retirados

e o lancamento, continuou,sem vibrag o do concreto, ate o en-

chimento total da forma.

Para esta ultima etapa de lancamento foi usado, na misturra,

aditivo expansor tentando minimizar vaz-.os na parte superior

da forma. A quantidade de aditivo usada proporcionava a mistu

ra uma expansgo solida entre 3 e 5%.

A figura 4 mootra o tubo fixo a parede de concreto e a desci-

da da forma , para execucgo do ensaio.

SIMULA* DAS IRREGULARIDADES DO TETO DO TUNEL

Figura 3 - Forma para lancamento simulado.

A mistura usada apresentava "Slump" ao redor de 18 cm e uma

porcentagem de aditivo plastificante de 1,5% em relacgo ao

peso total de aglomerante.

Para orientacgo das caracteristicas da trabalhabilidade neces

saria da mistura a ser utilizada, foram tomadas como base ex-

periencias de outras obras,na concretagem de envoltorias de ca

racois, atraves de "trombas".

Durante o lancamento simulado ngo ocorreram problemas de obs

93

trucao (embucha.mento) do tubo, devido a alta plasticidade do

concreto e tambem no foram observados problemas de segrega-

gao do concreto.

Apos um periodo de 48 horas, o "bloco" concretado foi levado

ao laboratorio para desforma e extragao de testemunhos.

A composiggo e caracteristicas da mistura utilizada podem ser

vistas na tabela da figura 6.

A figura 5 mostra o "bloco" concretado no teste, apos desfor

ma e extragao de testemunhos para ensaios de compressao axial

simples e tragao por compressao diametral.

Figura 4- Tubo de borraeha

e forma, usados

no ensaio simu-

lado.

Os resultados dos ensaios executados com os testemunhos extrai

dos, bem como o esquema de extragao (local de extragio no blo

co) sao mostrados na tabela da figura 6.

Observa-se que as resistencias apresentadas pelos corpos de

provas ngs 6 e 7 extraidos no topo, relativos a parte no vi

brada, adensada somente por carga"hidraulica", nao apresenta-

ram variagoes significativas em relagao aos demais testemunhos.

Lembra-se ainda que estes testemunhos correspondem a mistura

com agente expansor.

94

Figura 5 - Bloco de concreto apps desforma e extragao (com ma

quina de coroa diamantada) de testemunhos de 15 cm de diame-

tro. Chama-se atenggo para as "block-outs" deixados pelos to

cos de madeira , anteriormente mencionados, verificando-se o

total preenchimento da forma.

4. DETALKES EXECUTIVOS

4.1 PERFURAc.O

Os equipamentos disponiveis permitiam a execugao de faros

de 6 e 8 polegadas sendo, em geral, usados dia.metros de 6

polegadas para furos mais curtos e de maior verticalidade

e diametros de 8 polegadas para as mais longos e de menor

inclinagao.

Os tuneis foram concretados em trechos de comprimento media

entre 15 e 20 m,sendo executados furos para langamento de

concreto, espagados de aproximadamente 4 M.

A escolha da locaggo de cada furo foi feita de tal forma que

as mesmos ficassem nos pontos mais "altos" do teto do tunel,

tentando minimizar com isso, vazios no contato superior

concreto-rocha.

95

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41.2 PREPARO

4.2.1 LIMPEZA

A limpeza das paredes dos tuneis obedeceu aos criterios

gerais de preparaca"o de superficies de rocha para funcaa

goes. Na limpeza grossa foi feita a remogao das pedras

naiores e a limpeza fina incluiu o use de jatos de agua

com pressao ao redor de 8 Kg/cm2.

A descontinuidade da rocha, em geral situada a meia all

tura do tunel escavado,na"o sofreu nenhum tratamento es-

pecial.

A superficie rochosa,apos limpeza,foi deixada na condicao

saturada superficie se-ca (S.S.S), para receber concreto.

4.2.2 FORMAS

As formas foram confeccionadas em madeira atraves de

elementos com dispositivo macho- femea.

A grande dificuldade encontrada na execucao das formas foi

seu escoramento,devido a alta pressao"hidraulica'sofrida

pelas mesmas, consequente da alta fluidez do concreto e

da altura de langamento.

Externamente ao tramo em concretagem as formas foram es-

coradas por suportes de madeira e atirantadas internamente.

Afim de permitir acesso ao interior dos tuneis, eram dei-

xadas, em cada forma, janelas que eram fechadas quando o

nivel de concreto atingia seu bordo inferior. A figura 7

mostra um painel de forma ja pronto e atirantado e, as

duas janelas de acesso.

.2.3 ANDAIME

A ultima etapa no preparo de cada tramo de tunel para con

cretagem, consiste na confeccao de um andaime para circu-

larao com a plataforma a aproximadamente 1,0 m do

teto do tunel, e aproximadamente na mesma altura do ni-

97

vel inferior dajanela superior.

Esta plataforma servia para os vibratoristasque permane-

ciam no interior do ttiinel,ate que o concreto atingisse a

quele nivel, ja que os mesmos no podiam transitar so-

bre o eoncreto, devido sua alts nlastieidade.

Figura 7 - Vista das formas usadas para concretagem

4.3 TRANSPORTE E LANQAIV1ENTO DE CONCRETO

4.3.1 TRANSPORTS

0 transporte do concreto desde as centrais de produgio ate

os equipamentos de langamento (cabos aereos e guindastes

sobre trilhos) foi feito por monovia, caminhoes betoneiras

e "Dump-Cretes".

Os equipamentos de langamento levavam o concreto ate um si

lo intermediario que, com auxilio de correias transporta-

doras, levavam o concreto ate os furos executados na rocha.

As figural $ e 9 ilustram o esquema basico adotado para

transporte do concreto.

4.3.2 LANCAMENTO

Para inicio de langamento do concreto dentro dos tuneis,

foi verificada a melhor sequencia de utilizaggo dos furos

disponiveis.

Esta sequencia era vinculada as condigoes topogrdficas do

98

Figura 8- Esquema geral de lancamento

Figura - Vista do sistema usado no lancamento de con

creto•

99

teto do tunel e o-ultimo furo a ser utilizado para langa

mento do concreto (termino de concretagem) era aquele

cuja saida no tetoIsituavaTse na cota mais alta.

0 langamento do concreto foi sempre iniciado pelo furo ma

is afastado da forma, de modo a permitir maior liberdade

e seguranga de movimentagao dos vibradoristas no interior

do tunel e principalmente, para minimizar as pressoes

desenvolvidas contra a forma.

Devido a alta plasticidade e consistencia do concreto usa

do e auxiliado pelo efeito dos vibradores, o concreto foi

mantido sempre em nivel, mesmo sendo langado apenas por

um furo.

Ate que o concreto atingisse a plataforma de servigo, o

adensamento era feito corn vibradores de imersao (0 70 e

90 mm) simultaneamente ao langamento.

Figura 6 - Fase final de adensamento do concreto no in

terior do tiinel.

A partir do momento em que as passarelas foram removidas,

o adensamento passou a ser executado corn o vibrador des

cendo pelos furos nos quais no estava sendo langado con

creto.

100

A .sequencia posterior obedecia o enchimento de todos os'

furos, sendo .o ultimo a ser preenchido, o de; !cota mais

alta no teto do tunel.

A figura 7 mostra o fluxo no interior de um tunel em

concretagem.

Figura 7 - Vista do fluxo de concreto e ao fundo a face

jd desfomada do tramo anterior.

A -distribuicao dos concretos no interior de cada tra-

mo obedeceu basicamente ao indicado no esquema abaixo.

CONCRETO 0 MAX, 19mm. SLUMP 23 ± I cm -(cOM EXPANSOR )

0 use de um concreto com "Slump" ao redor de 23 cm,com

agente expansor, para "fechamento" de concretagem,visou

melhorar o contato concreto-rocha na parte superior do

tiunel onde o adensamento era feito apenas pelos furos

de concretagem Ver f igura 8.

101

Figura - Vista de uma face desformada mostrando o per

feito contato do concreto com a rocha na ge-

ratriz superior do tLinel.

Alguns cuidados adicionais foram tornados para impedir

obstrucoes dos furos e facilitar a descida do concreto.

Na "boca" de cada furo foram instalados chutes metalicos

com peneiras para impedir a passagem de britas maiores

que 38 mm que pudessem obstruir o furo:Ainda para au-

xiliar a descida do concreto foram usados vibradores den-

tro do chute metalico. A figura 9 ilustra esse procedi

mento.

Em alguns tuneis,onde foram notadas grandes irregulari-

dades no teto que poderiam aprisionar bolhas de ar e

consequentemente ficariam vazios, foram colocados tubos

de pla'sticos, com saida pela forma, pars facilitar a

ulsa.o do ar aprisionado.

Para verificacgo da eficie"ncia do processo idealizado fo

ram amarrados em alguns tubos, sacos plasticos que in-

dicariam a expulsao do ar.

A figura 10 mostra os resultados positivos obtidos.

102

Figura - Chute metalico com peneira e vibrador instala

Figura 10 - Sacos plasticos cheios de ar.

0 volume total de concreto qa(I.-o pe-lo e.e,ssa des-

.Q i-to foi ao redor de 40. CRUD m3

Injecoes de contato executadas apos as concretagens mos

traram, pelos baixos volumes injetados,o sucesso do es-

quema de concretagem idealizado.

103

5. ACOMPANHAMENTO

5.1 CONTROLE DE QUALIDADE NA PRODUCAO

Em razgo das caracteristicas especificas das misturas pro-

porcionadas para langamento nos tuneis e, da necessidade de

manutenggo de suas propriedades para evitar problemas du-

rante o langamento, um controle rigoroso foi executado du

rante a produgao.Para tanto, a cada 10 minutos de produggo

foi coletada uma amostra da mistura fresca para determina-

ggo de temperatura, porcentagem de ar inco4porado a"Slump".

Este -esquema permi-tiu:- produg6es homogeneas com varia

goes minimas nas caracteristicas nominais das misturas.

Ainda, para acompanhamento de resistencia da mistura, a ca

da 300 m3 produzidos foram moldados 12 corpos de provas

cilindricos de 15 x 30 cm. 6 dos especimes foram destina-

dos ao controle de resistencia a compressgo axial simples

e os restantes para verificaggo de resiste"ncia ao cisalha

mento .

0 ensaio de cisalhamento, n o comum em controle de qualida

de de concreto, foi executado em vista do tipo de soli-

citacgo a que esse concreto ester submetido.

0 controle foi executado pelo ensaio no estado duplo de

tensgo (normalmente usado em mecanica das rochas), e cisa

lhamento "puro".

Os esquemas abaixo ilustram os procedimentos de ensaios

adotados para controle de resistencia ao cisalhamento do

concreto usado.

M rE 1p DA TVCM [i MALWfh M Mo ESTAOO of "LO =W04k DA TENS ii CS& AMNTO(eASSEAMNDaa-C - 89-64)

n=P/S= F. c06. 3°

S

'= P/S

104

I

A tensa"o normal aplicada no ensaio de cisalhamento no esta

do duplo foi de 30 Kg/cm2 que corresponde aquela que,teori

camente,o concreto do tinel ficara submetido.

5.2 EFEITOS DE TEMPERATURA

As consequencias de elevacao de temperatura do concreto foi

motivo de um acompanhamento bastante rigoroso do concreto

lancado.

As caracteristicas do concreto necessario para o enchimen

to dos t'neis, tais como alta resistencia, trabalbabilida

de e consistencia, bem como a dificuldade de troca com o

ambiente, onde a temperatura media era ao redor de 302C,

contribuiam de maneira desfavoravel para a elevagio de

temperatura do concreto. Para minimizagao das consequen-

cias de elevagao de temperatura, todo o concreto langado

nos tuneis tinha uma temperatura maxima de 72C.

A resistencia requerida para as concretos langados nos to

neis sob a "cabega" de montante da Barragem Principal era

de 350 Kg/cm2 a um ano e termometros eletricos instalados

mostraram uma elevagao de temperatura ao redor de 552C.

Imediatamente ap6s a desforma dos primeiros tuneis concre

tados, uma inspegao nas faces mostrou fissuras de carater

aparentemente superficial, observado por pequenos rompimen

tos do concreto.

A fim de meihor caracterizar a profundidade dessas fissuras,

foram programadas duas series de ensaios, uma nas primei-

ras idades do concreto (aproximadamente 8 dias) e outra

com o concreto em idade mais avangada (aproximadamente 50

dias).

0 ensaio consistiu basicamente na execugao de furos que

interceptariam a fissura em vairias profundidades, caso

existisse e atraves de agua sob pressao (8 Kg/cm 2) detec-

tar a profundidade da fissura.

A seguire mostrado,esquematicamente, as furos executados

105

Para o ensaio de•"arda . d'agua" executado.

VI a

150

230

SEGO A-A

o1MEM &S EM CEWIWTROS

Ambos os ensaios executados mostraram ser as fissuras

observadas, de carater superficial.

As figuras 11 e 12 mostram instantes do ensaio executado.

A explicacgo mais plausivel para o carater superficial das

fissuras foi dada por uma serie de termometros instalados

a varias profundidades que mostraram uma elevacgo brusca

de temperatura do concreto junto a forma e uma queda tam-

bem brusca, imediatamente apos a desforma, como ilustraa

figura 13 . Os termometros instalados a profundidades a

partir de 50 cm mostraram subida e queda de temperatura

mais graduais permitindo ao concreto resistir aos efeitos

de traCao decorrentes das variacoes termicas.

As fissuras superficiais praticamente desapareceram com a

alteracao da mistura usada nos tuneis sob as almas,onde a

resistencia requerida era de 280 Kg,/cm2 a um ano.

106

Figura 11 - Obturador instalado na boca do furo,observando-

se o retorno d'agua pelos demais faros.

Figura 12 - Obturador instalado a 1 m da face do concreto,

sem retorno de agua.

107

50

10

(OC) I OE A SD am Cil S QA 2 CE

MIST NA CE

(horns)

0 40 80 120 160 200 240

Figura 13 - Variagoes de temperatura do concreto nos tiineis.

6. RESUMO

Sao apresentados, neste trabalho, detalhes relativos a trans

Porte e langamento de concreto, pars preenchimento de tuneis,

escavados em forma de grelha, pars combate a esforgos cisa-

lhantes, no tratamento de uma descontinuidade rochosa detec

tada a aproximadamente 20 m abaixo da cota de fundaggo da

Barragem Principal de ITAIPU.

Sao apresentados detalhes do esquema de langamento adotado,

executado em paralelo a concretagem das Estruturas Princi-

pais das tomadas d'agua no leito natural do rio , esquema

esse que permitiu a manutengao do cronograma original da

Obra.

108

f N D I C E

1. APRESENTAC.O

2. ALTERNATIVAS PARA LANCAMENTO

3. ENSAIO SIMULADO

4. DETALIIES EXECUTIVOS

4.1 PERFURACO

4.2 PREI'I T,0

4.3 TRANSPORTE E LANCAMENTO DE CONCRETO

4.3.1 TRANSPORTE

4.3.2 LANCAMENTO

5. ACOMPANHAMENTO

5.1 CONTROLE DE QUALIDADE DE PRODUQAO

5.2 EFEITOS DE TEMPERATURA

6. RESUMO

109