dissertação de mestrado controle de qualidade de uma
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Dissertação de Mestrado
CONTROLE DE QUALIDADE DE UMA BARRAGEM DE ENROCAMENTO COM NÚCLEO ASFALTICO CASO UHE JIRAU
AUTOR: ADRIANO GEAN MICHELUZZI
ORIENTADOR: Prof. Dr. Romero Cesar Gomes (UFOP)
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOTECNIA DA UFOP
OURO PRETO - JANEIRO DE 2016
iv
DEDICATÓRIA
Para Valeria Micheluzzi
v
AGRADECIMENTOS
Quero agradecer aos meus pais pela educação e amor recebido, pela vivência e por tudo
que sou hoje.
À minha esposa Valéria, pela paciência e dedicação ao meu lado, nas muitas e muitas
horas gastas no estudo.
Ao meu orientador Professor Romero, pela paciência e apoio na elaboração deste
trabalho de mestrado.
Aos meus colegas de mestrado que me apoiaram muito para conseguir completar esta
nova fase da vida: Fernando Gomes, José Carlos Filho, Paulo Cesar Silva e Maurício de
Souza Carneiro.
Aos meus amigos e colegas da LEME Engenharia (Rondônia - Porto Velho),
principalmente ao professor Henrique Djiskstra e ao amigo Cliceu Martins pelos
ensinamentos e apoio nos 4 anos em que vivi em Rondônia.
Ao meu Gerente José Pamplona, pela paciência de ensinar e pelo conhecimento sobre
gerenciamento e obra neste período de Jirau.
Ao Nelson Porto e Ana Yoda, pelo apoio e as aulas de Geotecnia.
Ao meu grande amigo Daniel Seabra e sua família pela acolhida em sua casa que recebi
em Belo Horizonte, para conseguir me dedicar ao estudo e concluir este trabalho.
Ao diretor Técnico da ESBR Maciel Paiva, por confiar e autorizar o estudo sobre o
Barramento de núcleo asfáltico.
Aos meus novos colegas da Neoenergia pelo apoio no dia a dia para a conclusão deste
trabalho.
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RESUMO
Barragens de enrocamento com núcleos de concreto asfáltico constituem alternativas
muito interessantes para a implantação de empreendimentos hidrelétricos de grande
porte na região Norte do Brasil, pois possibilitam as atividades construtivas mesmo nos
períodos chuvosos e, uma vez que incorporam núcleos bastante esbeltos, permitem a
adoção de barragens com taludes íngremes, com grande redução e economia dos
materiais utilizados. O comportamento geotécnico do núcleo asfáltico constitui a
premissa básica de projeto de barragens de enrocamento que utilizam esta tecnologia
como elemento de vedação. Neste contexto, impõe-se estabelecer procedimentos
rigorosos de controle em relação às propriedades tecnológicas do CAP (cimento
asfáltico de petróleo), dos agregados presentes na mistura asfáltica, da transição fina,
dos enrocamentos e de suas correspondentes misturas, bem como das metodologias
construtivas associadas ao lançamento e compactação destas misturas em campo. O
objetivo principal deste estudo é apresentar, de forma sistêmica e estruturada, os
principais condicionantes geotécnicos que influenciam a construção de núcleos
asfálticos em barragens de enrocamento, considerando-se a experiência e o
envolvimento profissional do autor como responsável pela engenharia do proprietário,
no setor de geotecnia e na fiscalização da construção da barragem de enrocamento,
utilizando materiais betuminosos como núcleos de vedação, no caso da obra da UHE
Jirau. Complementarmente, propõe-se abordar a sistemática do controle tecnológico e
das metodologias construtivas destes maciços, conforme adotadas no âmbito do
empreendimento estudado, bem como discutir os critérios, normas e procedimentos que
regulam em campo a implantação de núcleos asfálticos como elementos de vedação de
barragens de grande porte, com ênfase especial no controle das temperaturas de campo
dos materiais betuminosos, que constitui um fator de extrema relevância sobre a
trabalhabilidade e o desempenho final das misturas e na resposta do núcleo como
elemento estrutural e de estanqueidade da barragem.
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SUMMARY
Rockfill dams with asphalt concrete center core are very attractive design alternatives
for implementation of large hydroelectric power plants in the northern Brazil since this
type of dam can make it possible to keep the construction activities even during raining
seasons; As the asphalt cores are thin, it is always possible to adopt in the design steep
embankments slopes that lead to economies in the rock material for the dams. The
geotechnical performance of the asphalt core is a basic characteristic in the design of
rockfill dams where this sealing technology is applied. So, strict control procedures are
necessary as long as the technologic properties of the asphalt cement derived from oil,
the properties of the aggregates, the properties of the thin transition and even the rockfill
properties are concerned. The control of the construction methods such as the placing
and the compaction is also important. The aim of this paper is to show in a logic form,
the main geotechnical aspects that are important in the construction of asphalt cores in
rockfill dams. This is based in the experience of the author who was the owner engineer
responsible for the geotechnical aspects of the construction of the rockfill dam with
impervious asphalt core of the Jirau hydroelectric power plant. It is also mentioned how
the construction control shall be done in dams with asphalt core such as the Jirau
embankment dam, as well as the general criteria and standards to be applied in the
design and construction of asphalt center cores as impervious elements of large rockfill
dams. One of the main aspects is the temperature control of the bituminous materials in
the field since it is extremely important as long as the workability and the performance
of the core in its effectiveness as a sealing element of the dam is concerned.
viii
Lista de Figuras
Figura 2.1 - Barragens com interface asfáltica de vedação na face de montante.
Figura 2.2 – Face asfáltica como vedação de montante de barragem de enrocamento
Figura 2.3 - Barragem de enrocamento com núcleo de concreto asfáltico (UHE Foz do
Chapecó);
Figura 2.4 – Execução do núcleo asfáltico e das transições (UHE Foz do Chapecó)
Figura 2.5 – Grandezas volumétricas de misturas asfálticas (ANTT, 2000)
Figura 2.6 – Permeabilidades x volumes de vazios de concretos asfálticos (Falcão,
2007)
Figura 2.7 – Variações volumétricas de concretos asfálticos para diferentes teores de
CAP (CAP B80) e tensões confinantes (Brenth e Arslan, 1990 apud Guimarães, 2012)
Figura 3.1 – Localização da UHE Jirau
Figura 3.2 – Arranjo geral das estruturas da UHE Jirau (Braga, 2013)
Figura 3.3 – Vista da UHE Jirau: Ilha do Padre/barragem principal (Braga, 2013)
Figura 3.4 – Vista da UHE Jirau: barragem principal/barragem da MD (Braga, 2013)
Figura 3.5 – Mapa geológico da área do empreendimento
Figura 3.6 – Feições típicas da Formação Palmeiral: (a) cascalho em conglomerados
cimentados; (b) cascalho com matriz argilosa superficial
Figura 3.7 – Afloramentos graníticos com petrogravuras (Silva et al., 2010)
Figura 3.8 – Distribuição regional das precipitações (PCE, 2006)
Figura 3.9 – Cotagrama das vazões do Rio Madeira, entre 2008 a 2013 (LEME, 2013)
Figura 3.10 – Vista da Barragem de Enrocamento com nucleo argiloso
Figura 3.11 – Planta e seção transversal típica da Barragem Principal da UHE Jirau
(Themag, 2012)
Figura 3.12 – Detalhe da base de fundação do núcleo asfáltico (Themag, 2012)
Figura 3.13 – Materiais de construção utilizados na barragem (Themag, 2012)
Figura 3.14 – Medidores de recalques instalados na barragem (Themag, 2012)
Figura 3.15 – Marcos superficiais instalados na barragem principal (Themag, 2012)
Figura 4.1 – Produção de agregados e controle granulométrico em obra
Figura 4.2 – Curva granulométrica média do CBUQ em obra
ix
Figura 4.3 – Amostra indeformada obtida do aterro experimental
Figura 4.4 – Resultados dos ensaios triaxiais com amostras do aterro experimental
Figura 4.5 – Equipamento rotativo para extração (a) e amostra coletada do núcleo (b).
Figura 4.6 – Preparação dos corpos de prova a partir da amostra coletada do núcleo
Figura 4.7 – Ensaio de membrana plástica: gabarito de madeira (a) e enchimento (b)
Figura 5.1 - Usina de Concreto Asfáltico da UHE Jirau (Ramalho et al., 2013)
Figura 5.2 – Etapas de construção da metodologia DACC (Ramalho et al., 2013)
Figura 5.3 – Preparação das fundações para a construção da Barragem Principal
Figura 5.4 – Fundação local em solo residual de granito (ombreira direita)
Figura 5.5 – Tratamento das fundações locais por cortinas de injeções
Figura 5.6 – Preparação da superfície da laje de concreto (plinto)
Figura 5.7 – (a) Mastique asfáltico; (b) lançamento do mastique sobre a laje de concreto
Figura 5.8 – (a) posicionamento das formas metálicas; (b) lançamento da massa
asfáltica
Figura 5.9 – Distribuição conjunta do concreto asfáltico e transição fina
Figura 5.10 – Controle de alinhamento do eixo do núcleo asfáltico
Figura 5.11 – Compactação integrada do núcleo asfáltico e das transições finas
Figura 5.12 – Estreitamento do núcleo: (a) campo (autor); (b) esquema (Guimarães,
2012)
Figura 5.13 – Controle de temperaturas no campo (antes da compactação)
Figura 5.14 – Camada com desvio do eixo e limpeza da transição
Figura 5.15 – Complementação da camada apresentando desvio do eixo
Figura 5.16 – Remoção de camada com teores inadequados de CAP
Figura 5.17 – Surgências de água na superfície do núcleo asfáltico
Figura 5.18 – Detalhe da pressão na junta de dilatação com a expulsão do mastique
Figura 5.19 – (a) calda sem consolidação de furo de injeção; (b) contato entre material
consolidado e não consolidado de furo de injeção
Figura 5.20 – (a) furo inicial sem consolidação da injeção; (b) reconstrução do furo
Figura 5.21 – Ensaio de perda d’água para aferição do novo tratamento de fundação
Figura 5.22 – Limpeza e preparação do núcleo escavado
Figura 5.23 – Limpeza da transição fixada ao núcleo antigo
Figura 5.24 – Reconstrução do núcleo: (a) fôrma colocada; (b) aplicação do mastique
Figura 6.1 – Camada compactada e não compactada do aterro (temperatura de 110 °C)
Figura 6.2 – Extração (a) e obtenção (b) de amostras indeformadas dos aterros
x
Figura 6.3 – Corpos de prova para ensaios de controle de qualidade dos aterros
Figura 6.4 – Resultados dos ensaios de controle - Variações da temperatura das misturas
Figura 6.5 – Perda da estabilidade estrutural da mistura asfáltica
Figura 6.6 – Resultados dos ensaios de caracterização do material da última camada do
núcleo asfáltico da barragem
Figura 6.7 – Curvas tensão - deformação para amostras sob temperaturas de 30ºC
Figura 6.8 – Curvas tensão - deformação para amostras sob temperaturas de 50ºC
Figura 6.9 – Curvas tensão - deformação para amostras sob temperaturas de 70ºC
Figura 6.10 – Curvas tensão - deformação para amostras sob temperaturas de 90ºC
Figura 6.11 – Curvas tensão - deformação médias das amostras ensaiadas
Figura 6.12 – Resultados em termos das resistências à compressão não confinada
xi
Lista de Tabelas
Tabela 2.1 - Barragens com núcleo de concreto asfáltico (Höeg, 1993; Veidekke, 2011)
Tabela 4.1 – Propriedades Básicas do CAP 85 - 100
Tabela 4.2 – Resultados do ensaio de índice de forma dos agregados
Tabela 4.3 – Traço final da argamassa asfáltica (% em peso)
Tabela 4.4 – Ensaios de recebimento do CAP na obra
Tabela 4.5 – Valores médios dos parâmetros de controle de campo
Tabela 4.6 – Parâmetros de controle para os testemunhos coletados do núcleo
Tabela 4.7 – Valores médios das densidades dos enrocamentos e transições
xii
Lista de Símbolos, Nomenclatura e Abreviações
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
ANEEL – Agencia Nacional de Energia Elétrica.
ANP – Agencia Nacional de Petróleo.
BENA – Barragem de Enrocamento com o Núcleo Asfaltico.
CAP – Concreto Asfáltico de Petróleo.
CBUQ – Concreto Betuminoso Usinado a Quente
CCCC – Construtora e Comercio Camargo Correia
CCR – Concreto Compactado a Rolo
CD - Ensaio Triaxial consolidado drenado
cm – centímetros
CPRM – Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais
CU – Ensaio Triaxial consolidado não drenado;
d - densidade aparente do corpo de prova compactado
DACC - Dense Asphaltic Concrete Core
DMT - densidade máxima teórica da mistura
DNIT – Departamento Nacional de Infraestruturas e Transporte.
ESBR – Energia Sustentável do Brasil
FACC - Flowable Asphaltic Concrete Core.
g/cm³ - Grama por centímetro cubico.
Gb – densidade do asfalto.
xiii
Gmb - densidade relativa aparente do corpo de prova compactado
Gmm - densidade máxima da mistura solta
Gse - densidade efetiva da mistura
H – Horizontal
ICOLD – International Commission on Large Dams
km² - Quilometro Quadrado
kN – Quilo Nilton
m – Metros
m/s – Metros por segundo
m³/s. – Metro cubico por Segundo.
mm – milimetros
MPa – Mega Pascal
MW – MegaWatts
NBR – Norma Brasileira
NGI - Norwegian Geotechnical Institute
NM – Norma Mercosul
Pb – porcentagem de asfalto em relação à massa total da mistura
Ps – porcentagem do agregado em relação à massa total da mistura
RBV - relação betume-vazios
t/h – Toneladas por hora
TR – Tempo de Recorrência.
UC – Ensaio Triaxial de compressão não confinada
UHE – Usina Hidroelétrica
xiv
UU – Ensaio Triaxial não consolidado não drenado;
VAM - volume de vazios no agregado mineral
Vv – Volume de vazio de ar
Wd – peso seco
Wssd – peso saturado em superfície seca
Wsub – peso submerso do material.
� − constante
% - Percentual
%/h – Percentual por hora
°C – Graus Centrigrados
xiv
SUMÁRIO
CCAAPPÍÍTTUULLOO 11 −− IINNTTRROODDUUÇÇÃÃOO
1.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS ................................................................................. 1
1.2 OBJETIVOS DA DISSERTAÇÃO .......................................................................... 3
1.3 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO ........................................................................ 4
CCAAPPÍÍTTUULLOO 22 −− BBAARRRRAAGGEENNSS DDEE CCOONNCCRREETTOO CCOOMM NNUUCCLLEEOO AASSFFAALLTTIICCOO
2.1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 5
2.2 BARRAGENS COM VEDAÇÃO ASFÁLTICA ..................................................... 6
2.3 MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO ......................................................................... 11
2.3.1 Agregados ....................................................................................................... 11
2.3.2 CAP: Cimento Asfáltico de Petróleo .............................................................. 13
2.3.3 Enrocamentos e Transições ............................................................................ 15
2.4 CONCRETO ASFÁLTICO ..................................................................................... 16
2.4 USINAS ASFÁLTICAS ......................................................................................... 22
CCAAPPÍÍTTUULLOO 33 −− CCAARRAACCTTEERRIISSTTIICCAASS DDOO EEMMPPRREEEENNDDIIMMEENNTTOO
3.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 24
3.2 GEOLOGIA REGIONAL E LOCAL ..................................................................... 27
3.3 OUTROS ASPECTOS DO MEIO FÍSICO LOCAL .............................................. 29
3.4 BARRAGEM PRINCIPAL COM NÚCLEO DE CONCRETO ASFÁLTICO ...... 31
3.4.1 Natureza do Barramento ................................................................................. 31
3.4.2 Arranjo Geral e Geometria do Barramento .................................................... 32
3.4.3 Instrumentação da Barragem Principal........................................................... 35
CCAAPPÍÍTTUULLOO 44 −− CCOONNTTRROOLLEE TTEECCNNOOLLOOGGIICCOOSS DDOOSS MMAATTEERRIIAAIISS EEMM
LLAABBOORRAATTOORRIIOO EE DDAASS MMIISSTTUURRAASS EEMM CCAAMMPPOO
4.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 37
xv
4.2 CARACTERIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM LABORATÓRIO ........................... 38
4.2.1 Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP) ............................................................ 38
4.2.2 Agregados do Concreto Asfáltico .................................................................. 39
4.3 SELEÇÃO DO TRAÇO E EXECUÇÃO DE ATERRO EXPERIMENTAL ......... 41
4.4 ENSAIOS DE CONTROLE DE QUALIDADE EM CAMPO .............................. 44
4.4.1 Ensaios de Controle de Qualidade do CAP .................................................... 44
4.4.2 Ensaios de Controle de Qualidade em Campo o ............................................ 45
CCAAPPÍÍTTUULLOO 55 −− CCOONNCCEEPPÇÇÃÃOO GGEERRAALL,, MMEETTOODDOOLLOOGGIIAASS CCOONNSSTTRRUUTTIIVVAASS
EE SSOOLLUUÇÇÕÕEESS DDEE PPRROOBBLLEEMMAASS EEMM CCAAMMPPOO
5.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 51
5.2 METODOLOGIA CONSTRUTIVA TIPO DACC ................................................ 53
5.2.1 Escavação e Regularização das Fundações .................................................... 53
5.2.2 Preparação da Superfície do Plinto e Lançamento de Mastique .................... 55
5.2.3 Construção do Núcleo de Concreto Asfáltico ................................................ 56
5.3 PROBLEMAS DETECTADOS E SOLUÇÕES PROPOSTAS ............................. 61
5.3.1 Desalinhamentos do Núcleo Asfáltico ........................................................... 61
5.3.2 Variações dos Teores de Concreto Asfáltico na Mistura ............................... 62
5.3.3 Lançamento de Camadas com Temperaturas Fora das Especificações .......... 63
5.3.4 Infiltrações de Água no Núcleo Asfáltico ...................................................... 64
5.3.5 Reconstrução do Núcleo Escavado................................................................. 67
CCAAPPÍÍTTUULLOO 66 −− IINNFFLLUUÊÊNNCCIIAA DDAA TTEEMMPPEERRAATTUURRAA NNAA EEXXEECCUUÇÇÃÃOO DDOO
NNÚÚCCLLEEOO AASSFFÁÁLLTTIICCOO
6.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 69
6.2 CONSTRUÇÃO DOS ATERROS EXPERIMENTAIS ......................................... 70
6.3 TRABALHABILIDADE E COMPACTAÇÃO DOS MATERIAIS EM CAMPO 71
6.4 RESULTADOS DOS ENSAIOS DE CONTROLE DOS ATERROS ................... 73
6.5 RESULTADOS DOS ENSAIOS DE CONTROLE DO NÚCLEO ASFÁLTICO . 75
CCAAPPÍÍTTUULLOO 77 −− CCOONNCCLLUUSSÕÕEESS EE SSUUGGEESSTTÕÕEESS PPAARRAA OOUUTTRROOSS EESSTTUUDDOOSS
7.1 CONCLUSÕES PRINCIPAIS ................................................................................ 81
xvi
7.2 SUGESTÕES PARA TRABALHOS COMPLEMENTARES ............................... 84
RREEFFEERRÊÊNNCCIIAASS BBIIBBLLIIOOGGRRÁÁFFIICCAASS .................................................................................................................................................... 8866
1 1
CCAAPPIITTUULLOO 11
INTRODUÇÃO
1.1– CONSIDERAÇÕES INICIAIS
O Brasil é um país cuja matriz energética é baseada, em larga escala na hidroenergia, por
possuir um território de dimensões continentais com grande potencial para a exploração de
energias renováveis, visando o atendimento de uma demanda sempre crescente de energia
de um mercado em franca expansão. A necessidade de novas e crescentes demandas de
energia na Região Norte e Centro Oeste do Brasil motivaram, amparada pelas novas
regulações de parcerias com o setor privado, a construção e a implantação de grandes usinas
hidrelétricas como fomento ao desenvolvimento regional em grande escala.
Por outro lado, a Região Norte do Brasil é tipificada por períodos bem definidos das
estações chuvosas, fato que tem uma repercussão direta na construção dos grandes maciços
compactados das barragens de terra de grande porte. Neste sentido, torna-se imperativo
estabelecer procedimentos alternativos nas metodologias construtivas dos barramentos que
incorporem esta realidade da condição natural da região, viabilizando empreendimentos de
geração de energia a curto prazo e em condições econômicas satisfatórias.
Barragens de enrocamento com núcleos de vedação asfáltica (BENA) representam uma
solução concreta para empreendimentos hidrelétricos de grande porte, na contextualização
climática da região Norte do Brasil. Embora ainda incipiente no país (apenas duas
barragens deste tipo foram implantadas entre nós – a barragem da UHE Foz do Chapecó,
localizada no estado de Santa Catarina e, mais recentemente, a barragem da UHE Jirau, no
estado de Rondônia), esta tecnologia construtiva tem ampla aplicação em todo o mundo,
constituindo alternativas efetivas em relação às barragens de enrocamento com face de
concreto, mais utilizadas no Brasil. Estes estudos, portanto, incluem premissas de inovação
e de fomento da difusão de novas tecnologias no âmbito do papel relevante da
hidroeletricidade na matriz de energia renovável no país, associadas às boas práticas da
sustentabilidade.
2 2
1.2 – OBJETIVOS DA DISSERTAÇÃO
O comportamento geotécnico do núcleo asfáltico constitui a premissa básica de projeto de
barragens de enrocamento que utilizam esta tecnologia como elemento de vedação. Neste
contexto, impõe-se estabelecer procedimentos rigorosos de controle em relação às
propriedades tecnológicas do CAP (cimento asfáltico de petróleo), dos agregados presentes
na mistura asfáltica, da transição fina, dos enrocamentos e de suas correspondentes
misturas, bem como das metodologias construtivas associadas ao lançamento e
compactação destas misturas em campo.
O objetivo principal deste trabalho é apresentar, de forma sistêmica e estruturada, os
principais condicionantes geotécnicos que influenciam a construção de núcleos asfálticos
em barragens de enrocamento, considerando-se a experiência e o envolvimento profissional
do autor como responsável pela engenharia do proprietário, no setor de geotecnia e na
fiscalização da construção da barragem de enrocamento, utilizando materiais betuminosos
como núcleos de vedação, da obra da UHE Jirau.
Como objetivos específicos, propõe-se abordar a sistemática do controle tecnológico e das
metodologias construtivas destas estruturas, conforme adotadas no âmbito do
empreendimento estudado, bem como discutir os critérios, normas e procedimentos que
regulam em campo a implantação de núcleos asfálticos como elementos de vedação de
barragens de grande porte.
Uma vez que as temperaturas das misturas asfálticas constituem fator determinante no
comportamento geotécnico do núcleo da barragem, durante o lançamento e durante toda a
vida útil do empreendimento, estudos específicos foram implementados de forma a se
avaliar diretamente a influência da temperatura sobre a trabalhabilidade e o desempenho
final das misturas e na resposta do núcleo como elemento estrutural e de estanqueidade da
barragem. Neste propósito, ênfase maior foi dada em tentativas de campo visando
estabelecer correlações entre a temperatura de lançamento do material do núcleo asfáltico e
a eficiência do processo de compactação dos materiais, bem como da viabilidade
operacional dos procedimentos propostos, por meio da construção e ensaios feitos em
amostras indeformadas extraídas de aterros experimentais.
3 3
1.3 – ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO
Este trabalho é dividido em sete capítulos, de acordo com a seguinte estruturação dos temas
analisados:
• Capítulo 1: Neste capítulo apresenta-se a proposta de trabalho, destacando-se as
considerações e implicações preliminares do estudo, os objetivos previstos e a própria
estrutura da dissertação;
• Capítulo 2: apresenta uma revisão bibliográfica abrangente sobre as metodologias
construtivas das chamadas barragens de enrocamento com núcleo asfáltico (BENA), com
ênfase nos estudos geotécnicos das zonas de vedação das estruturas e no comportamento
tecnológico dos materiais betuminosos utilizados;
• Capítulo 3: apresenta as características gerais do estudo de caso analisado, ou seja, o
empreendimento da UHE Jirau, tais como localização, características hidrológicas locais,
geologia regional, concepção da barragem principal e a instrumentação geotécnica instalada
para fins de monitoramento contínuo da estrutura;
• Capítulo 4: apresenta os estudos relativos à avaliação das propriedades tecnológicas do
CAP (cimento asfáltico de petróleo), dos agregados presentes na mistura asfáltica, da
transição fina e dos enrocamentos e de suas correspondentes misturas;
• Capítulo 5: apresenta detalhadamente a concepção, as fases principais da metodologia
construtiva propriamente dita do núcleo asfáltico e os procedimentos de controle
tecnológico adotados, abordando também as interferências e os problemas decorrentes
destas atividades, bem como das soluções corretivas implementadas em campo;
• Capítulo 6: apresenta a síntese dos estudos realizados, com amostras extraídas de aterros
experimentais e da última camada lançada do núcleo asfáltico da barragem da UHE Jirau,
para se avaliar, especificamente, a influência da temperatura sobre a trabalhabilidade e o
desempenho final das misturas asfálticas, bem como sobre a estabilidade estrutural do
núcleo da barragem;
• Capítulo 7: apresenta a sistematização das principais conclusões da dissertação e a
proposição de alguns temas para estudos complementares.
4
CAPÍTULO 2
BARRAGENS DE CONCRETO COM NÚCLEO ASFÁLTICO
2.1 – INTRODUÇÃO
A primeira aplicação conhecida de concreto asfáltico em núcleos de barragens foi feita em
Portugal, na construção da barragem Vale do Gaio em 1949. Nessa barragem, aplicou-se
uma camada de mastique na forma de uma cortina, com espessura variando entre 0,10 e
0,20 m e com inclinação de 1,0V:0,8H. A cortina de material betuminoso não constituía o
único elemento de vedação, visto que o paramento de montante era constituído de solo
compactado (ICOLD,1992).
Em 1962, na Alemanha, na construção da barragem Duhn Outer, utilizou-se, pela primeira
vez no mundo, um núcleo central de concreto asfáltico como elemento único de vedação
impermeabilizante. Na construção dessa barragem, empregou-se a metodologia conhecida
como Dense Asphaltic Concrete Core (DACC), na qual o concreto asfáltico é aplicado por
meio de um equipamento mecânico. Após a construção pioneira desta barragem, outras 89
estruturas similares foram executadas nesta mesma concepção construtiva (Guimarães,
2012).
Na Noruega, esta alternativa de estruturas de barragens alcançou patamar de referência na
atualidade. Com efeito, até 1970, o país adotava somente estruturas do tipo barragens de
enrocamento com núcleo argiloso; entretanto, devido à escassez de solos locais levou à
necessidade de se adotar procedimentos alternativos, que culminaram na aplicação da
tecnologia dos núcleos asfálticos em barragens nos anos seguintes. A maior barragem deste
tipo construída na Noruega é a barragem Storglomvatn, que possui um núcleo de 125 m de
altura, o núcleo de concreto asfáltico de maior altura já construído no mundo (até 2011).
A barragem Fiesternal na Austrália é a barragem mais alta já construída utilizando a
tecnologia de concreto de núcleo asfáltico, apresentando altura máxima de 150 m; porém, o
núcleo de concreto asfáltico a barragem possui altura menor, a ordem de 98 m de altura
(Falcão, 2003).
5
Desde 1960, a metodologia DACC permite o lançamento simultâneo do concreto asfáltico e
da transição fina com a utilização de equipamentos específicos para isso, sendo, assim, a
mais empregada para a construção de barragens de enrocamento com núcleo asfaltico.
(ICOLD, 1992). Por outro lado, entretanto, foram construídas em 1988, na antiga União
Soviética, três barragens, utilizando-se núcleo de concreto asfáltico fluído (FACC -
Flowable Asphaltic Concrete Core), técnica envolvendo o lançamento do concreto asfáltico
manualmente sem vibração, conhecido como ‘método russo’.
No Brasil, barragens de enrocamento com núcleo asfáltico ainda constituem uma novidade,
tendo a primeira barragem sido construída apenas no ano de 2010. Trata-se da UHE Foz do
Chapecó localizada no Rio Uruguai, na fronteira entre os Estados de Santa Catarina e o Rio
Grande do Sul. A UHE Foz do Chapecó possui potência instalada de 855 MW e altura
média de 48,0 m.
A segunda barragem deste tipo construída no Brasil foi a UHE Jirau, localizada no Rio
Madeira, no Estado de Rondônia, escopo deste trabalho e cuja construção será abordada
com detalhes no texto desta dissertação.
2.2 – BARRAGENS COM VEDAÇÃO ASFÁLTICA
Barragens de núcleo asfáltico exigem um estudo inicial de estabilidade dos traços e dos
CAP’s que deverão ser utilizados, pois estes devem atender aos esforços solicitantes da
estrutura, além dos efeitos devidos às intempéries e às reações químicas que podem ser
induzidas no contato com a água. Após escolhido o traço, são realizados ensaios triaxiais
para se avaliar o comportamento tensão-deformação do material.
O asfalto consiste em um material viscoelástico-plástico, impermeável e de fácil
trabalhabilidade, desde que seja atendida a prescrição relativas às temperaturas mínimas
para fluidez do material. Apresenta também capacidade de autocicatrização e aceita melhor
a ocorrência de recalques diferenciais, aspecto bastante comum no caso de fundações
compressíveis quando em comparação com as barragens de concreto (arco ou gravidade) e
as de enrocamento com face de concreto.
6
Estas barragens podem ser basicamente de dois tipos: as que possuem face asfáltica como
elemento de vedação no talude de montante da barragem (Figura 2.1) ou aquelas que um
núcleo asfáltico, esbelto e praticamente impermeável, inserido na porção central da
estrutura. Em ambos os casos, o concreto asfáltico deve atender aos princípios de
segurança requeridos, em termos de sua flexibilidade, resistência à erosão e estanqueidade
(Höeg, 1993).
Figura 2.1 - Barragens com interface asfáltica de vedação na face de montante.
Um dos princípios para a execução de uma barragem com face asfáltica é que a mesma
deva ser constituída por material francamente permeável (barragens de enrocamento) para
que que sejam controlados e minimizados os efeitos das subpressões geradas ao longo do
corpo do barramento (Figura 2.2)
Figura 2.2 – Face asfáltica como vedação de montante de barragem de enrocamento
7
Nas barragens com núcleos de concreto asfáltico, o núcleo fica posicionado na porção
central da barragem (Figura 2.3), como elemento vertical ou inclinado (sendo esta
opção menos utilizada pois dificulta os procedimentos construtivos, diminuindo a
produtividade). Esta estrutura de vedação caracteriza-se por ser esbelta e flexível
permitindo, assim, deformações das fundações, bem como dos espaldares, sem
comprometimento da estrutura vedante.
Figura 2.3 - Barragem de enrocamento com núcleo de concreto asfáltico (UHE Foz do Chapecó)
O barramento mais usual é construído por meio de sequências de materiais com adequadas
granulometrias, das bordas para o centro da estrutura. Assim, os espaldares são executados
com enrocamento e rip rap, seguidos por transições grossas e finas, ao longo do eixo ou
deslocadas para montante/jusante em relação ao núcleo central de vedação asfáltica (Figura
2.4). Este arranjo favorece a diluição das deformações e permite o maciço absorver com
maior eficiência as elevadas tensões atuantes.
Figura 2.4 – Execução do núcleo asfáltico e das transições (UHE Foz do Chapecó)
8
A espessura do núcleo de concreto asfáltico deve ser tal de forma a manter inalterada a
integridade original do mesmo em face às deformações do enrocamento e aos recalques
diferenciais induzidos na fundação da barragem. O núcleo deve ser ainda capaz de suportar
possíveis erros construtivos do núcleo (por exemplo, desalinhamento vertical), efeitos do
enchimento do reservatório e possíveis ações dinâmicas e deslocamentos das fundações
(Höeg, 1993).
O critério normalmente adotado para o dimensionamento do núcleo é adotar uma espessura
função da altura da barragem; um valor de referência é adotar uma espessura do núcleo da
ordem de 1% da altura máxima da barragem, mas este valor pode variar em função das
especificidades do projeto. O ICOLD (1992) recomenda que, em barragens com mais de 30
m de altura, a espessura do núcleo deve estar entre 0,60m a 1,00m; não recomendando a sua
redução gradual, devido aos múltiplos esforços aos quais o elemento impermeabilizante
está submetido.
Höeg (1993) preconiza que, de acordo com a experiência norueguesa, e levando-se em
conta o desenvolvimento de novos processos construtivos e os rigorosos controles de
qualidade atualmente disponíveis, pode-se adotar espessuras menores para o núcleo, até
cerca de 0,5 m.
O núcleo normalmente é projetado para estar inserido na porção central do barramento
devido ao melhor comportamento dessa zona em relação às deformações. O núcleo na
maioria das barragens é construído segundo um alinhamento vertical e geometricamente
regular, pois o custo adicional de construção e de materiais para núcleos inclinados não se
mostra vantajoso tanto do ponto de vista econômico, quanto em termos dos procedimentos
construtivos.
Dentro da barragem, o asfalto se mantém sob condições quase ideais, sob temperaturas
constantes e sem interferências solares. O material preserva a característica por ser muito
denso dificultando a oxidação ou endurecimento, ao contrário do que ocorre quando
exposto em rodovias, de forma que as suas propriedades tecnológicas permanecem
inalteradas ao longo da vida útil da barragem.
9
O núcleo fino e flexível tende a se ajustar às deformações e aos recalques que ocorrem
durante a construção, devido ao enchimento, recalques diferenciais e à presença de
fundações compressíveis. A aplicação do núcleo de asfalto é feita, em geral,
independentemente das condições climáticas. Em regiões com chuvas intensas, a
construção é simplificada e reduzida no prazo quando comparada com as obras que utilizam
núcleos em solo compactado. Embora o trabalho com o asfalto necessite ser interrompido
durante as chuvas intensas, ele pode ser retomado assim que a chuva cessa ou passa a ser de
leve intensidade.
O núcleo e a transição fina são lançados simultaneamente por meio de equipamentos
específicos a estas finalidades, embora o lançamento possa ser feito manualmente ou por
meio de equipamentos tradicionais como aratacas ou escavadeiras/carregadeiras com a
utilização de fôrmas. No chamado ‘método russo’, a metodologia construtiva consiste em
arranjos prévios de pedras de mão, formando uma espécie de caixa, na qual é lançado
posteriormente o CAP preenchendo todos os vazios. As limitações decorrem da obtenção
de núcleos não tão esbeltos como no caso anterior e as elevadas demandas de CAP
exigidas no processo. A Tabela 2.1 apresenta uma síntese das principais barragens de
núcleo asfáltico construídas no mundo.
Tabela 2.1 - Barragens com núcleo de concreto asfáltico (Höeg, 1993; Veidekke, 2011)
Nome do Barramento
país altura (m) crista (m)espessura (m)
(fundação/corpo)ano da
construção
Kleine Dhuenn Alemanha 35 265 0,7/0,6/0,5 1962 Eberlaste Áustria 28 475 0,6/0,4 1968 Legadadi Etiópia 26 35 0,6 1969
Wiehl Alemanha 53 360 0,6/0,6/0,4 1971 Jiulikeng China 44 107 0,5/0,3 1977
High Island West Hong Kong
95 720 1,2/0,8 1977 High Island East Hong
Kong105 420 1,2/0,8 1978
Finstertal Austria 100 652 0,7/0,6/0,5 1980 Vestredal Noruega 32 500 0,5 1980
Kleine Kinzig Alemanha 70 345 0,7/0,5 1982 Shichigashuko Japão 37 300 0,5 1985
Storvatn Noruega 100 1472 0,8/0,5 1987 Feistritzbach Austria 88 380 0,7/0,6/0,5 1990 Storglomvatn Noruega 128 830 0,95/0,5 1997
UHE Jirau Brasil 60 1000 1,20/ 0,60 2011
10
2.3 – MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO
Para a execução de um barramento com núcleo asfáltico, tanto pelo método convencional
como pelo método russo, o material básico de construção é o cimento asfáltico de petróleo
(CAP); entre os métodos, distinguem-se a natureza e dimensões dos agregados e a
porcentagem de CAP em relação à mistura.
Dois tipos de misturas são usados comumente na composição do concreto asfáltico. O
primeiro utiliza concreto ciclópico, no qual agregados de grandes dimensões são imersos
em uma mistura rica em CAP (30 a 40% em peso da mistura), no chamado ‘método
russo’. Um segundo tipo utiliza concreto betuminoso usinado a quente (CBUQ), composto
por CAP (normalmente variando entre 5,0 e 7,0% em peso), fíler (parcela do material onde
pelo menos 65% das partículas é passante na peneira 200 e 100% é maior que 0,42 mm,
abertura correspondente à peneira 40) e agregado com dimensão máxima da ordem de 16
mm, obedecendo os critérios da chamada ‘curva de Füller’. Os materiais comumente
utilizados como fíler são a cal, o cimento Portland, o pó calcário e a dolomita.
O método russo (concreto ciclópico) é menos utilizado atualmente em função do alto teor
de ligante da mistura CAP (matéria nobre) e é pouco recomendado para barragens de
grande altura por apresentar possíveis caminhos preferenciais de percolação (ICOLD,
1992). O CBUQ é o mais utilizado na construção das barragens com núcleo de concreto
asfáltico/ face asfáltica e que fazem uso da metodologia DACC por via mecanizada.
2.3.1 – Agregados
Os agregados podem ser naturais ou artificiais. Os naturais são os que se encontram de
forma particulada na natureza (areia, cascalho ou pedregulho) e os artificiais são aqueles
produzidos por algum processo industrial, como as pedras britadas, areias artificiais,
escórias de alto-forno e argilas expandidas, entre outros. O desempenho dos agregados
utilizados na fabricação de concreto asfáltico depende da sua forma e granulometria e das
propriedades geológicas encontradas na rocha matriz, particularmente composição
mineralógica, composição química, grau de alteração, tendência à degradação, abrasão e
potencial de adesão superficial do ligante asfáltico.
11
O critério de aceitação dos agregados para uso em concretos asfálticos é o mesmo adotado
para os agregados para pavimentação, prescritos pelas normas ABNT e DNIT. Höeg
(1993) afirma que os critérios da NBR são muito rigorosos no caso do núcleo de concreto
asfáltico, pois o mesmo não está sujeito a esforços de abrasão e a variações significativas
de temperatura, desgastes por fadiga ou mesmo trincas. Por outro lado, o núcleo de
concreto asfáltico, no caso de barragens de grande altura, pode estar sujeito a elevadas
tensões estáticas.
Os agregados representam cerca de 94% em peso da composição do concreto asfáltico e,
sendo assim, suas propriedades têm grande influência no comportamento da mistura para
fabricação do CAP. As propriedades mais relevantes dos agregados em concretos asfálticos
de núcleos de barragens são: granulometria, forma, resistência, adesividade, abrasão e
porosidade.
A granulometria dos agregados influencia as características de rigidez, estabilidade,
durabilidade, trabalhabilidade e permeabilidade do concreto asfáltico, além de poder induzir
efeitos de segregação, no caso de agregados com tamanhos máximos excessivamente
elevados para uma dada condição de utilização. A norma NBR 7211 da Associação
Brasileira de Normas Técnicas (ABNT, 2009) fixa as características impostas quanto à
recepção e produção de agregados, miúdos e graúdos, de origem natural, encontrados
fragmentados ou resultantes da britagem de rochas.
A norma define areia ou agregado miúdo como areia de origem natural ou resultante da
britagem de rochas estáveis, ou a mistura de ambas, cujos grãos passam pela peneira ABNT
de 4,8 mm e ficam retidos na peneira ABNT de 0,075 mm. Define adicionalmente
agregado graúdo como pedregulho ou brita proveniente de rochas estáveis, ou a mistura de
ambos, cujos grãos passam por uma peneira de malha quadrada com abertura nominal de
152 mm e ficam retidos na peneira ABNT de 4,8 mm. O rachão beneficiado é definido
como o material obtido diretamente do britador primário e que é retido na peneira de 76
mm. A areia de brita ou areia artificial, segundo Cuchierato (2000), é o material passível de
ser obtido em pedreiras a partir de instalações de beneficiamento a úmido, apresentando
uma granulometria entre 4,8 mm e 0,074 mm (DNPM, 2009).
12
Na construção de barragens com núcleo de concreto asfáltico, a composição de agregados
deve seguir a chamada curva de graduação de Füller, com diâmetro máximo variando entre
16 e 18 mm, expressa pela seguinte relação:
.100D
dP
max
ii = (2.1)
sendo: Pi − porcentagem em peso das partículas menores que o tamanho equivalente dos
grãos de dimensão di e Dmax − tamanho nominal máximo dos grãos.
Os agregados devem possuir um índice de forma menor que 1,45, tal como aplicado
também para o concreto convencional, indicando grãos de agregados com forma menos
alongada e mais próxima de um cubo. De acordo com norma específica DNER ME035
(DNIT, 1998), o índice de forma é calculado dividindo o comprimento pela largura, sendo
que valores próximos de 1 tornam a mistura mais resistente (formatos mais cúbicos).
Rochas básicas tendem a ser melhores que as rochas ácidas em termos de uma melhor
adesividade ao ligante; assim, agregados alcalinos como o calcário são geralmente
requeridos (Wang e Höeg, 2009). A maioria dos agregados silicosos tende a mobilizar
cargas elétricas superficiais negativas em presença de água, enquanto materiais calcários
tendem a mobilizar cargas positivas (a dolomita é um exemplo de caso extremo de
agregado eletropositivo). De forma geral, agregados carregados com cargas negativas
(ácidos) apresentam baixa adesividade e, em muitos casos, requerem o uso de aditivos
para serem utilizados em obras de pavimentação rodoviária.
2.3.2 – CAP: Cimento Asfáltico de Petróleo
A obtenção de asfalto é realizada por meio da destilação de tipos específicos de petróleo,
na qual as frações leves (gasolina, diesel e querosene) são retiradas no refino. O produto
resultante deste processo passa a ser chamado de Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP),
sendo composto por cerca de 90 a 95% de hidrocarbonetos e de 5 a 10% de heteroátomos
(oxigênio, enxofre, nitrogênio e os metais vanádio, níquel, ferro, magnésio e cálcio),
derivados da destilação do petróleo (Souza Neto, 2013). O CAP é um líquido viscoso,
semi-sólido ou sólido à temperatura ambiente, que possui comportamento termoplástico,
tornando-se líquido quando aquecido suficientemente.
13
Trata-se de material de largo emprego em trabalhos de pavimentação, pois, além de suas
propriedades potencialmente aglutinantes e impermeabilizantes, possui características de
flexibilidade e alta resistência à ação da maioria dos ácidos inorgânicos, sais e álcalis.
Essas características permitem que esse material seja utilizado também como produto da
mistura asfáltica, aplicada ao núcleo de barragens.
A natureza e as propriedades físicas do CAP dependem da fonte e dos processos de refino
do petróleo de origem. Em geral, não é comum a produção de ligantes a partir de um único
tipo de petróleo, e sim, a partir de uma variedade de tipos de óleos crus, resultando em
CAP com considerável variabilidade de compostos orgânicos (Guimarães, 2012). Nas
aplicações, é de fundamental importância que o CAP seja homogêneo e esteja livre de
água. Além do concreto asfáltico, o CAP é aplicado em outras misturas a quente, tais
como pré-misturados e areia-asfalto, com teores de asfalto variando de acordo com a
aplicação prevista.
Os cimentos asfálticos de petróleo são classificados pelo seu ‘grau de dureza’ expresso no
chamado ensaio de penetração ou pela sua viscosidade, determinada a partir do ensaio de
viscosidade Saybolt-Furol. A propriedade de penetração é definida como a distância, em
décimos de milímetros, que uma agulha padronizada penetra verticalmente em uma
amostra de cimento asfáltico, sob condições especificadas de carga, tempo e temperatura.
Quanto menor a penetração, ‘mais duro’ é o cimento asfáltico. Em função da penetração, a
Agência Nacional de Petróleo (ANP) especifica quatro tipos de CAP: CAP 30 - 45, CAP
50 -70, CAP 85 -100 e CAP 150 - 200, com temperaturas de amolecimento iguais a 52°C,
46°C, 43°C e 37°C, respectivamente.
A viscosidade e a penetração do CAP influenciam no comportamento das misturas
utilizadas nos núcleos de barragens do tipo DACC. Os CAP’s utilizados no concreto
asfáltico para núcleo de barragens são os mesmos utilizados na pavimentação,
e geralmente possuem penetração de 80 a 100 décimos de milímetros, sendo que a fluidez
é de grande importância para a trabalhabilidade do material. Por outro lado, o uso de CAP
menos viscoso aumenta a capacidade de autocicatrização do núcleo e permite uma adoção
de menores temperaturas durante a compactação (Höeg, 2009).
14
2.3.3 – Enrocamentos e Transições
As zonas de enrocamento de barragens de núcleo asfáltico são constituídas comumente por
materiais oriundos das escavações obrigatórias para a implantação do empreendimento ou
de pedreiras próximas. Os taludes de enrocamento condicionarão, em larga escala, as
deformações e as distorções que serão impostas ao núcleo asfáltico. Em barragens bem
compactadas e fundação em rocha de boa capacidade de suporte, os taludes de enrocamento
de montante e jusante podem ser relativamente íngremes, com inclinações da ordem de
1,4H:1,0V a 1,5H:1,0V (Cruz et al., 2009) e, ainda assim, as tensões tendem a ser baixas e
os recalques pouco expressivos, da ordem de 50 cm (Höeg, 1993).
As condições de estabilidade dos espaldares de enrocamento são garantidas pela inserção de
zonas de transição a montante e a jusante do núcleo. As zonas de transição permitem
melhor distribuição das tensões causadas pelo enrocamento, e com isso as deformações
impostas ao núcleo ocorrem de forma mais uniforme, reduzindo o efeito de deformações
diferenciais. Neste sentido, impõe-se que as zonas de enrocamento, próximas às zonas de
transição, sejam especialmente bem compactadas.
As camadas de transição adjacentes ao núcleo devem ser constituídas de rocha britada com
tamanho máximo dos grãos de 60 mm e atender ao seguinte critério de granulometria em
projeto:
d100 (núcleo) > d10 (transição); d100 (transição) > 1/4d100 (maciço) (2.2)
Por outro lado, a chamada transição fina, parte da transição imediatamente em contato com
o núcleo de concreto asfáltico, deve ser bem graduada e atender ao seguinte critério de
granulometria em projeto (Höeg, 1993):
d50 (transição) >10 mm ; d15 (transição) < 10 mm (2.3)
A transição age não somente como elemento de suporte e uniformização de tensões, mas
também como elemento auxiliar no processo de autocicatrização, no caso de abertura de
trincas no núcleo asfáltico.
15
2.4 – CONCRETO ASFÁLTICO
Conforme exposto previamente, o concreto asfáltico comumente utilizado em barragens de
enrocamento com núcleo asfáltico é o concreto betuminoso usinado a quente (CBUQ),
composto por CAP (normalmente entre 5,0 e 7,0% em peso na mistura), fíler (parcela do
material onde pelo menos 65% das partículas é menor que 0,075 mm correspondente a
peneira nº 200 e 100% é maior que 0,42 mm correspondente a peneira nº 40) e agregado
obedecendo aos critérios da ‘curva de Füller’.
As propriedades do concreto asfáltico variam de acordo com o tipo e teor de CAP, tipo de
agregado, temperatura e energia de compactação (Brenth e Arslan 1990; Höeg, 1993;
Roberts et al., 2002; Falcão, 2007; Ramos, 2009; Guimarães, 2012). A característica
essencial do núcleo de concreto asfáltico é garantir a estanqueidade da barragem e,
portanto, a permeabilidade é a propriedade mais relevante a ser estabelecida para o
concreto asfáltico, a qual, por sua vez, é função direta dos parâmetros volumétricos das
misturas compactadas.
Estes parâmetros podem ser expressos em temos do volume de vazios de ar (Vv), do
volume de vazios no agregado mineral (VAM) ou do volume de vazios preenchidos com
ligante ou relação betume-vazios (RBV). Em projetos de barragens com núcleos asfálticos,
as especificações técnicas têm sido norteadas com base no conceito do volume de vazios de
ar (Vv), definido de formas distintas, pela norma americana D2041 (ASTM, 2000a) e pelas
normas brasileiras NBR 12891 (ABNT, 1993) e ME 117 (DNER, 1994), respectivamente,
com base nas seguintes relações:
.100G
GGV
mm
mbmmv
−= (2.4)
.100DMT
d- DMTVv = (2.5)
sendo: Gmm − densidade máxima da mistura solta; Gmb − densidade relativa aparente do
corpo de prova compactado; DMT − densidade máxima teórica da mistura (ponderação da
densidade dos constituintes); d − densidade aparente do corpo de prova compactado.
16
Assim, as normas distinguem-se em relação aos procedimentos para a determinação dos
parâmetros de densidades utilizados. O parâmetro Gmm expressa o valor da densidade
efetiva da mistura, ou seja, considera a parcela de asfalto que é absorvida efetivamente pelo
agregado durante a mistura entre os dois.
Neste contexto, Gmm é função da densidade efetiva da mistura (Gse), definida como a
relação entre o peso seco da amostra solta e seu volume efetivo constituído pelo volume de
agregado sólido e dos poros permeáveis à água que não foram preenchidos com asfalto
(Figura 2.5), sendo dado pela seguinte relação:
b
b
se
Smm
G
P
G
P100
G+
= (2.6)
sendo Ps – porcentagem do agregado em relação à massa total da mistura; Gse – densidade
efetiva da mistura asfáltica; Pb – porcentagem de asfalto em relação à massa total da
mistura; Gb – densidade do asfalto.
Figura 2.5 – Grandezas volumétricas de misturas asfálticas (ANTT, 2000)
Assim, a densidade efetiva da mistura asfáltica (Gse) depende da medida prévia do volume
efetivo, que é determinado pelo chamado ‘método Rice’ (ASTM D 2041). Por outro lado, a
densidade máxima teórica (DMT) é numericamente igual à razão entre a massa do agregado
mais ligante e a soma dos volumes dos agregados, vazios impermeáveis, vazios permeáveis
não preenchidos com asfalto e total de asfalto (Bernucci et al., 2008), sendo expressa em
termos da ponderação das densidades reais dos materiais componentes da mistura:
17
n
n
2
2
1
1
cap
cap
21cap
G
P...
G
P
G
P
G
P
...PDMT
++++
++++=
nPPP (2.7)
A sistemática de determinação do parâmetro DMT considera os componentes da mistura
asfáltica na proporção que eles ocupam dentro da mistura, sem levar em conta a absorção
de parte do ligante pelos agregados. Assim, teoricamente, o ligante apenas envolveria os
agregados e não penetraria nos poros dos agregados (Marques, 2004). A distinção
fundamental entre as relações 2.6 e 2.7 refere-se à consideração das densidades do
agregado. A primeira considera a densidade real dos constituintes e a segunda considera a
densidade efetiva e, desse modo, os valores de DMT tendem a ser superiores aos do
parâmetro Gmm (Vasconcelos et al., 2005).
A determinação distinta das densidades aparentes pelas normas se deve aos procedimentos
para a estimativa dos volumes aparentes. Na norma americana D 2726 (ASTM, 2000b), os
vazios superficiais são considerados através da utilização do peso úmido após a imersão em
água, ao passo que, nas normas brasileiras (mencionadas anteriormente), o volume é obtido
sem considerar os vazios superficiais. As relações 2.8 e 2.9 permitem a determinação das
densidades aparentes pelas normas americana e brasileiras, respectivamente:
subssd
dmb WW
WG
−= (2.8)
subd
d
WW
Wd
−= (2.9)
sendo: Wd – peso seco; Wssd – peso saturado em superfície seca; Wsub – peso submerso do
material.
Em núcleos asfálticos de barragens, comumente as especificações técnicas de projeto
estabelecem valores-índices dos volumes de vazios inferiores a 3%. Em função das
diferenças de energia aplicada no laboratório e no campo, os volumes de vazios obtidos em
ensaios em laboratório para as misturas especificadas para o núcleo devem ser inferiores a
2% (Höeg, 1993).
18
A Figura 2.6 apresenta uma correlação entre permeabilidades e volumes de vazios de
concretos asfálticos (Falcão, 2007), com comportamento de variação tipicamente
exponencial. Para volumes de vazios de 3%, as permeabilidades do concreto asfáltico
tendem a ser essencialmente inferiores a 10-8 cm/s.
Figura 2.6 – Permeabilidades x volumes de vazios de concretos asfálticos (Falcão, 2007)
Um segundo parâmetro volumétrico utilizado em projetos de misturas asfálticas é o VAM,
que expressa, em porcentagem, o volume não ocupado pelos agregados na mistura, ou seja,
(vazios de ar + vazios cheios de CAP), e é dado pela seguinte relação:
.100G
.
DMT
d- DMTVCBVVAM
bv ��
�
����
�+=+=
dPb (2. 10)
Este parâmetro é distinto do seu similar VMA (voids in the mineral aggregate) pela norma
americana D2041 (ASTM, 2000a), que considera, na mistura compactada, o volume de
vazios com ar e o teor de asfalto efetivo.
Um terceiro parâmetro volumétrico de misturas asfálticas de referência é a chamada
‘Relação Betume –Vazios’ (RBV), definida como:
.100VAM
VVAMRBV v �
�
���
� −= (2.11)
19
Nas aplicações em núcleos de barragens, o teor de ligante no concreto asfáltico é utilizado
comumente com teor um pouco superior ao necessário para preencher quase totalmente os
vazios entre os agregados, tipicamente em torno de 5,5 a 6% em peso, para atender a
prescrição de volumes de vazios inferiores a 3%. Nestas condições, a densidade obtida
durante a compactação é quase da ordem da densidade máxima da mistura.
A Figura 2.7 (Brenth e Arslan, 1990 apud Guimarães, 2012) apresenta resultados típicos de
ensaios triaxiais relativos ao comportamento à ductilidade do concreto asfáltico em função
dos teores de CAP presentes (no caso CAP B80), para diferentes tensões confinantes (0,25
e 0,75 MPa). Os resultados indicam incremento das deformações axiais e uma significativa
redução das deformações volumétricas com o aumento do teor de ligante da mistura.
Figura 2.7 – Variações volumétricas de concretos asfálticos para diferentes teores de CAP (CAP B80) e tensões confinantes (Brenth e Arslan, 1990 apud Guimarães, 2012)
Baixos teores de ligante e finos resultam em misturas com menor trabalhabilidade,
compactação mais difícil e permeabilidade mais elevada. Valores elevados de ligante e
finos implicam materiais mais viscosos, apresentando também menor rigidez e menor
resistência, embora com menor permeabilidade.
O teor ótimo do ligante presente em uma dada mistura asfáltica depende essencialmente da
técnica de dosagem empregada relativamente à distribuição granulométrica dos agregados
presentes. O processo comumente utilizado em aplicações práticas é a chamada Dosagem
Marshall, desenvolvida nos Estados Unidos no início da década de 30 do século passado e
posteriormente difundida em todo o mundo.
20
O método é caracterizado pela seleção do ligante asfáltico e do agregado de modo a atender
determinadas especificações de projeto. A compactação é realizada por impacto de um
soquete padrão para obtenção de corpos de prova cilíndricos e que devem atender a certos
limites quanto aos valores dos parâmetros Va e VMA e, em alguns casos, também aos
valores dos volumes de vazios preenchidos com ligante VFA (ALS, 2014). Além disso,
algumas agências estabelecem limites também quanto aos valores de estabilidade e de
fluência do material (NCHRP, 2011).
Os procedimentos de dosagem são feitos com base nas normas ME 43 (DNIT, 1994) e ES-
031 (DNIT, 2006). Com base na definição da faixa granulométrica, são moldados cinco
grupos de três corpos de prova com diferentes teores de asfalto mediante aplicação de 75
golpes por face, obtendo-se amostras com 100 mm de diâmetro e 63,5 mm de altura. Após a
moldagem, determinam-se os seguintes parâmetros volumétricos: (i) densidade aparente
(Gmb); (ii) volume de vazios (Vv); (iii) vazios no agregado mineral (VAM); (iv) vazios
preenchidos com ligante (RBV). A partir destas moldagens traçam-se relações dos teores de
ligante com volumes de vazios ou relações betume-vazios por exemplo, para se obter os
teores de ligante que satisfazem as especificações técnicas de projeto (Bernucci et al., 2008;
Souza Neto, 2013; ALS, 2014).
As principais limitações desta metodologia referem-se ao fato de que os mecanismos de
compactação não simulam efetivamente as condições de campo e que os ensaios para a
determinação dos parâmetros não são representativos das solicitações reais. Como técnica
alternativa, a chamada metodologia Superpave inclui um novo sistema para seleção de
ligantes asfálticos, baseada em condicionantes de desempenho em termos das condições de
carregamento, climáticas e de compactação em campo.
A maior diferença da dosagem Superpave para a Marshall encontra-se na nova forma de
compactação da mistura asfáltica. Enquanto na dosagem Marshall a compactação é feita por
impacto (golpes), na dosagem Superpave a compactação é feita através de amassamento
(giros) em um compactador giratório especial, produzindo amostras com 150 mm de
diâmetro (Asphalt Institute, 2001). Esta tecnologia, porém, ainda não é empregada na
prática de projetos de concreto asfáltico para implantação de núcleos de barragens.
21
2.5 – USINAS ASFÁLTICAS
Para se estabelecer uma adequada mistura de agregados e CAP, dosagem da massa asfáltica
e aquecimento do produto para posterior aplicação, nas grandes demandas exigidas por uma
barragem com núcleo asfáltico, são utilizadas as chamadas usinas asfálticas de CBUQ, que
podem ser centrais gravimétricas ou centrais volumétricas, dependendo da grandeza de
controle adotada para a aferição das respectivas dosagens da mistura, sendo as primeiras de
aplicação mais generalizada.
As centrais gravimétricas são compostas por silos de alimentação, que armazenam e fazem
a dosagem adequada dos agregados, de forma contínua e automática na proporção indicada
no sistema de controle. Os agregados são introduzidos em um secador, tipo de cilindro
rotativo dotado de um queimador, pela extremidade oposta ao queimador, onde passam por
um processo de secagem e aquecimento até ser atingida a temperatura prevista para a
mistura. O processo é denominado de contra-fluxo de mistura externa, pois o fluxo de
agregados ocorre em sentido contrário ao fluxo de gases quentes oriundos da chama do
queimador. Uma vez secos e devidamente aquecidos, os agregados são levados a um
misturador externo.
Por outro lado, a fração de finos oriundos do processo de secagem é retida inicialmente por
um separador estático (que retém os finos de maior granulometria) e depois por um filtro de
mangas, que atua como elemento de retenção dos finos de menor granulometria, ambas as
parcelas sendo posteriormente encaminhadas ao misturador.
Um sistema independente faz a injeção do CAP diretamente no misturador sobre os
agregados secos e quentes, sendo a mistura revolvida com grande energia pelos braços do
misturador. A mistura asfáltica a quente é então, direcionada por um elevador para um silo
de armazenamento, do qual é descarregada em estágios em caminhões de transporte até o
local da obra. Cada mistura correspondente a um ciclo completo destas operações é
chamada de ‘batelada’, fixada para garantir uma determinada capacidade de estocagem do
produto, por exemplo, um volume capaz de atender pelo menos 30 minutos de produção da
máquina pavimentadora. Estas centrais garantem a boa qualidade do produto, pois todos os
materiais são pesados separadamente garantindo uma melhor precisão da mistura.
22
CAPÍTULO 3CARACTERISTICAS DO EMPREENDIMENTO
3.1 – INTRODUÇÃO
A Usina Hidrelétrica Jirau (UHE Jirau) está localizada no Rio Madeira, afluente da margem
direita do rio Amazonas, no Estado de Rondônia, cerca de 120 km da capital Porto Velho e
em plena selva amazônica e forma, com a UHE Santo Antônio, localizada mais próxima à
capital, um empreendimento hidrelétrico chamado Complexo do Madeira (Figura 3.1). O
consórcio Energia Sustentável do Brasil, formado pelas empresas GDF Suez, Eletrosul,
Chesf e Camargo Corrêa, coordenou e viabilizou a implantação do empreendimento.
Figura 3.1 – Localização da UHE Jirau
O limite a montante da área do empreendimento está situado cerca de 15 km da foz do rio
Abunã e da fronteira Brasil-Bolívia, próximo à localidade de Abunã. O limite a jusante
localiza-se no conjunto de ilhas formadas pela Ilha do Padre, Ilha da Formiga, Cachoeira do
Inferno e a Ilha Pequena, entre as localidades de Jirau e Jaci Paraná, sendo que, neste
trecho, o rio foi desviado para a construção da usina, deixando exposto o fundo do leito
(Silva et al., 2010).
23
A usina de Jirau é do tipo fio-d’água – sistema em que não há um reservatório propriamente
dito e a geração de energia está baseada nos ciclos de cheias do rio, modelo que tem como
vantagens a redução das áreas inundadas e um menor impacto ambiental. No caso da UHE
Jirau, o projeto tirou partido da existência de duas ilhas localizadas em meio ao trecho do
rio onde a usina seria implantada para atuaram como bases naturais para a locação do eixo
geral do empreendimento (Figura 3.2).
Figura 3.2 – Arranjo geral das estruturas da UHE Jirau (Braga, 2013)
Em função destas ilhas, o projeto contemplou duas casas de força distintas, ambas com
unidades geradoras do tipo bulbo, com potência instalada de 3.750 MW. Na margem
esquerda, localizam-se as 22 unidades geradoras, tendo como vértice a extremidade sul da
Ilha do Padre (Figura 3.3). O vertedouro de superfície, com 18 vãos, está localizado ao lado
da casa de força da margem direita, que conta, por sua vez, com 28 unidades geradoras que
se encontram acopladas à região da tomada d’água (Figura 3.4).
O barramento propriamente dito contempla uma barragem principal – localizada na região
do leito do rio, construída com enrocamento com núcleo em concreto asfáltico e disposta
segundo um eixo retilíneo ligando a extremidade sul da ilha do Padre à parede direita da
Casa de Força da margem esquerda e duas barragens laterais – localizadas nas margens e
construídas em enrocamento com núcleos argilosos (Figuras 3.3 e 3.4).
24
Figura 3.3 – Vista da UHE Jirau: Ilha do Padre/barragem principal (Braga, 2013)
Figura 3.4 – Vista da UHE Jirau: barragem principal/barragem da MD (Braga, 2013)
A área do reservatório é variável, tendo 302,6 km² em seu nível d’água máximo normal,
com área inundada variando entre 31 km² e 108 km². Para a implantação do barramento,
foram construídas duas ensecadeiras, primeiro na margem direita da barragem, permitindo a
operação do vertedouro inicial, e depois na margem esquerda. Estas ensecadeiras foram
posteriormente incorporadas à barragem principal.
25
3.2 – GEOLOGIA REGIONAL E LOCAL
Geologicamente, a bacia do rio Madeira possui diversas unidades litológicas, sendo que seis
foram mapeadas na área da UHE Jirau e entorno (Silva et al., 2010): Formação Jaci-Paraná,
Formação Palmeiral, Formação Rio Madeira, cobertura detrito-laterítica, granitoides
anorogênicos e sedimentos aluvionares (Figura 3.5).
Figura 3.5 – Mapa geológico da área do empreendimento
A Formação Jaci-Paraná é a de ocorrência mais expressiva na área, sendo caracterizada pela
presença de depósitos pouco espessos de sedimentos síltico-argilosos a argilosos, de
coloração acinzentada a amarelada, com lentes de areias ferruginosas e friáveis e
conglomerados com rara estratificação plano-paralela.
A Formação Palmeiral foi caracterizada também como uma unidade sedimentar indicadora
de depósitos fluviais, com estratificação cruzada, sendo constituída por ortoconglomerados,
com clastos (seixos) arredondados de quartzo e de quartzo- arenito, além de arenitos
maciços. Os seixos, de tamanhos variados, de origem fluvial, encontram-se dispersos em
uma matriz arenosa fina, com cimento ferruginoso e sem frações de areia média e grossa
(Figura 3.6).
26
(a) (b) Figura 3.6 – Feições típicas da Formação Palmeiral: (a) cascalho em conglomerados
cimentados; (b) cascalho com matriz argilosa superficial
A Formação Rio Madeira, ocupando uma área menor no entorno da UHE Jirau, é composta
por argilas maciças de coloração acinzentada na camada inferior; cascalhos angulosos de
quartzo-arenito, quartzito e quartzo disseminados em matriz arenosa na camada interna e
areias grossas inconsolidadas com estratificação cruzada na camada superior.
Os granitóides anorogênicos, pertencentes à Suíte Intrusiva São Lourenço-Caripunas, são
constituídos basicamente por granitos equigranulares a porfiríticos, representados na área
por matacões rochosos situados principalmente em trechos encachoeirados do Rio Madeira,
marcados com petrogravuras (Figura 3.7). As coberturas detrito-lateríticas caracterizam-se
por depósitos argilo-arenosos ou síltico-arenosos, ricos em concreções ferruginosas, com
idade estimada entre o Terciário e o Quaternário, enquanto os sedimentos aluvionares
constituem depósitos de areias inconsolidadas, de idade holocênica.
Figura 3.7 – Afloramentos graníticos com petrogravuras (Silva et al., 2010)
27
3.3 – OUTROS ASPECTOS DO MEIO FÍSICO LOCAL
A bacia hidrográfica contribuinte ao Rio Madeira no trecho da UHE Jirau é relativamente
pouco extensa quando comparada aos outros trechos do mesmo rio ou de outros rios da
Bacia do Amazonas. Em termos geomorfológicos, o vale local do rio Madeira possui
características de uma superfície de aplainamento bem desenvolvida, produto de uma longa
atividade tectônica de baixa magnitude e progressiva fase erosiva ao longo do Terciário e
do Quaternário. Predominam as extensas superfícies planas a levemente onduladas, de
baixa a média dissecação e com espesso manto de intemperismo, com ocorrências
localizadas de superfícies tabulares e morrotes sustentados por arenitos ou coberturas
lateríticas. A vegetação nativa presente na região consiste em uma densa floresta de clima
tropical, com características moderadamente sazonais e ao longo de elevações que variam
entre 100 a 600 m.
O clima da região é considerado como tropical úmido (Ferraz et al., 2005). As precipitações
anuais na bacia do rio Madeira, a montante de Porto Velho, mostram uma grande
variabilidade espacial, variando desde 500 a 5.000 mm, com o período chuvoso (novembro-
abril) apresentando totais mensais acima de 200 mm/mês. A Figura 3.8 apresenta a
distribuição anual média das precipitações na região entre os municípios de Abunã e Porto
Velho, evidenciando um grande padrão de similaridade regional.
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Figura 3.8 – Distribuição regional das precipitações (PCE, 2006)
28
A estação menos chuvosa estende-se de maio a agosto, com um pequeno período de chuvas
entre junho-julho. A temperatura do ar, para o mesmo período, mostra também uma
variação similar de sazonalidade, sendo outubro o mês mais quente, com temperatura média
de 25,6 °C, e julho, o mês mais frio, com temperatura média próxima a 22,7°C (Culf et al.,
1996).
A UHE Jirau foi implantada em uma região com boa cobertura de dados fluviométricos e
hidrológicos, permitindo, assim, a obtenção de uma longa série histórica de dados e
registros. O regime fluvial do rio Madeira caracteriza-se por apresentar períodos de cheia e
de recessão muito bem definidos. De maneira geral, o início da subida do hidrograma
ocorre durante os meses de outubro e novembro, atingindo seu pico durante os meses de
março e abril, quando tem início a fase de recessão, que se estende até setembro e outubro
(PCE, 2006).
O período de menores vazões ocorre nos meses de agosto a outubro, com as mínimas
vazões ocorrendo predominantemente no mês de setembro. A vazão média no período
histórico (1967 a 2001) foi cerca de 19.000 m³/s, enquanto que a vazão máxima diária
registrada atingiu 48.570 m³/s em 14 de abril de 1984. A vazão mínima registrada ocorreu
em setembro de 1995, atingindo cerca de 3.145m³/s.
A Figura 3.9 apresenta o cotagrama de vazões do Rio Madeira, no período de 2008 a
2013, medidas durante a execução da obra da UHE Jirau, por meio de registros diários
efetuados em vários postos instalados ao longo do rio.
Figura 3.9 – Cotagrama das vazões do Rio Madeira, entre 2008 a 2013 (LEME, 2013)
29
3.4 – BARRAGEM PRINCIPAL COM NÚCLEO DE CONCRETO ASFÁLTICO
3.4.1 – Natureza do Barramento
A obra foi planejada para ser executada, em um período de 5 anos (contrato de concessão
junto a ANEEL), como uma barragem de solo compactado. Com as demandas crescentes
por energia, o cronograma de sua implantação foi reduzido para apenas 3 anos, o que
implicou movimentações e trabalhos de compactação de solos mesmo durante os períodos
chuvosos, o que foi determinante para inviabilizar o empreendimento na sua concepção
original.
As alternativas estudadas foram três: barragem de CCR (Concreto Compactado a Rolo),
barragem de enrocamento com face de concreto e barragem de enrocamento com núcleo
asfáltico (BENA). Estas diferentes concepções foram consideradas e correlacionadas em
termos de vantagens e desvantagens. Foram várias as razões que levaram a escolha desta
última alternativa como projeto definitivo.
Em primeiro lugar, a barragem de enrocamento com núcleo asfáltico possibilitava a sua
construção mesmo durante o período chuvoso, além de garantir o aproveitamento das
ensecadeiras, fato que reduzia significativamente o volume de enrocamento compactado do
corpo da barragem. Outro fator fundamental para esta opção foi de ordem econômica: a
execução de uma barragem de núcleo asfáltico, comparada a de uma barragem de terra
compactada, onerava a empresa proprietária em 30%, valor este bem inferior ao custo de
uma barragem equivalente de Concreto Compactado a Rolo(CCR).
Por outro lado, a velocidade de execução também foi primordial para a escolha deste tipo
de barramento, uma vez que sua velocidade de alteamento era expressiva em comparação
aos prazos de lançamento e compactação de uma barragem de terra. Outro fator
comparativo que deve ser observado é a agilidade da limpeza de fundação quando se trata
da fundação para aterro em enrocamento, comparada à limpeza desta para aterro em solo.
Enquanto que para uma barragem em solo compactado, os procedimentos de tratamento da
fundação são muito mais elaborados e específicos, no caso de barragens de enrocamento, o
tratamento da fundação tende a ser mais simplificado.
30
Em relação a núcleos de argila compactada, os núcleos asfálticos oferecem ainda as
seguintes vantagens: os sistemas de filtro e de transição a jusante são simplificados, o que
significa uma redução na quantidade dos materiais utilizados; núcleos de concreto asfáltico
são muito mais resistentes à erosão e, sendo mais dúctil, reduz-se o risco de fissuração.
Como desvantagens potenciais, barragens de enrocamento com núcleos asfálticos exigem a
implantação na obra de uma usina própria de CBUQ e a adoção de equipamentos
especializados e específicos no lançamento da mistura que não são usuais nem têm outra
finalidade após esta utilização, o que pode impactar os custos do empreendimento.
3.4.2 – Arranjo Geral e Geometria do Barramento
A barragem principal da UHE Jirau está localizada na zona do leito do Rio Madeira (Figura
3.10) e é constituída por um maciço de enrocamento compactado com núcleo de concreto
asfáltico, possuindo um comprimento de crista de 1.050 m e altura máxima de 60,0 m. A
implantação do barramento foi viabilizado mediante a execução prévia de ensecadeiras
laterais, posteriormente incorporadas à barragem principal.
Figura 3.10 – Vista da Barragem de Enrocamento com nucleo argiloso
Observa-se que a barragem apresenta uma seção bastante esbelta com taludes íngremes,
com inclinação 1,4H:1V, tanto a montante como a jusante, que são proporcionados pelo
fato do núcleo asfáltico possuir uma espessura de apenas 0,60 cm. A planta baixa e a seção
transversal típica da barragem com núcleo em concreto asfáltico da UHE Jirau, incluindo as
ensecadeiras laterais, estão apresentadas na Figura 3.11.
31
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32
A base do núcleo de concreto asfáltico é alargada, apresentando uma largura igual a duas
vezes a largura adotada para o corpo da barragem, de forma a restringir severamente os
elevados gradientes hidráulicos atuantes nessa região. O núcleo está apoiado sobre uma laje
de concreto (plinto), com uma camada superior de mastique asfáltico e outra camada,
inferior, de concreto de regularização, que atua como uma base nivelada de apoio (Figura
3.12). Chumbadores promovem a ancoragem do plinto com a fundação rochosa, que foi
tratada por meio de injeções de calda de cimento sobre pressão (o tratamento das fundações
da barragem é mais detalhado no Capítulo 5 desta dissertação).
Figura 3.12 – Detalhe da base de fundação do núcleo asfáltico (Themag, 2012)
O núcleo asfáltico é confinado por transições finas a montante e a jusante. A faixa de
transição fina, com largura de 1,45m, possui diâmetro máximo de 75mm. Além da transição
fina, foi executada também uma faixa de transição grossa, com 3,0 m de largura e diâmetro
máximo de 200 mm, compactada em camadas com o dobro da espessura da transição fina.
O enrocamento utilizado foi subdividido em duas zonas: uma zona de enrocamento fino,
com diâmetro máximo de 0,40m, compactada em camadas de 0,40 m em torno das faixas
de transição e outra zona, mais externa, de enrocamento convencional, com diâmetro
máximo de 0,8 m, compactado em camadas de 0,80 m de espessura, e ainda em blocos de
maiores dimensões para proteção (rip-rap) das zonas do maciço afetas às flutuações do NA
(Figura 3.13).
33
Figura 3.13 – Materiais de construção utilizados na barragem (Themag, 2012)
O material utilizado no corpo da barragem foi oriundo das escavações obrigatórias para a
implantação das estruturas do barramento. O material foi compactado utilizando-se rolos
compactadores de grande impacto. Os volumes dos materiais empregados na construção da
barragem foram os seguintes (Souza Neto, 2013):
• enrocamento compactado= 2.013.006 m³; transições processadas = 335.994m³; concreto
asfáltico do núcleo = 22.815m³.
3.4.3 – Instrumentação da Barragem Principal
Para se proceder a um adequado controle e monitoramento da barragem com núcleo em
concreto asfáltico da UHE Jirau, vários instrumentos foram instalados no maciço da
barragem, incluindo piezômetros elétricos, piezômetros abertos (tipo Casagrande
modificado), medidores magnéticos de recalques, células de tensões totais, marcos
superficiais, medidores de vazões. Dispositivos similares, tais como piezômetros,
extensômetros de hastes e medidores triortogonais de junta foram também instalados nas
estruturas de concreto do barramento.
A Figura 3.14 apresenta a seção instrumentada da barragem principal com 9 medidores
magnéticos de recalques, instalados ao longo do maciço da barragem, nas cotas 45,0m,
53,0m, 61,0m, 69,0m, 77,0m e 85,00m. As leituras destes instrumentos são feitas por meio
de procedimentos similares aos utilizados nos registros piezométricos.
34
Figura 3.13 – Medidores de recalques instalados na BENA (Themag, 2012)
Outra instrumentação geotécnica profusamente utilizada no maciço da barragem foram os
marcos superficiais (Figura 3.14). Foram instalados um total de 55 marcos nos espaldares
de enrocamento e outros três especificamente na região do núcleo asfáltico, cujas leituras
são feitas periodicamente por meio de levantamentos topográficos por estação total, a partir
de marcos referenciais georeferenciados.
Figura 3.14 – Marcos superficiais instalados na BENA (Themag, 2012)
35
CAPÍTULO 4CCOONNTTRROOLLEE TTEECCNNOOLLÓÓGGIICCOO DDOOSS MMAATTEERRIIAAIISS EEMMLLAABBOORRAATTÓÓRRIIOO EE DDAASS MMIISSTTUURRAASS EEMM CCAAMMPPOO
4.1 – INTRODUÇÃO
O controle tecnológico rigoroso dos materiais utilizados e das metodologias construtivas
constitui premissa básica de projeto de grandes estruturas geotécnicas, particularmente no
caso de barragens de grande porte, pelos gravíssimos impactos decorrentes de uma eventual
ruptura destas obras.
Estes procedimentos implicam basicamente avaliações criteriosas das propriedades
geotécnicas dos materiais de construção utilizados no maciço da barragem e a aferição de
suas condições tecnológicas in situ, de forma a atender, de forma criteriosa e sistemática,
todos os esforços e deformações atuantes para as diversas condições de carregamento
impostas à estrutura e ao longo de toda a vida útil do empreendimento.
Estas avaliações então, correlacionadas com os chamados valores de controle dos
parâmetros analisados e constantes das especificações técnicas pré-estabelecidas em projeto
e explicitados levando-se em consideração a obtenção e um padrão construtivo homogêneo
e uniforme, em condições de produção em escala industrial e atendendo os grandes volumes
e taxas de produção.
Em relação às barragens de enrocamento com núcleo de concreto asfáltico (BENA), este
controle de qualidade deve merecer especial consideração em relação à construção e ao
comportamento geotécnico do núcleo asfáltico, pois o mesmo constitui essencialmente o
elemento de estanqueidade da barragem. Neste contexto, os estudos concentram-se na
avaliação das propriedades tecnológicas do CAP (cimento asfáltico de petróleo), dos
agregados presentes na mistura asfáltica, da transição fina e dos enrocamentos e de suas
correspondentes misturas. No caso da UHE Jirau, estes estudos incluíram procedimentos
experimentais de laboratório e de campo que serão descrito a seguir.
36
4.2 – CARACTERIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM LABORATÓRIO
4.2.1 – Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP)
As propriedades físicas e reológicas e a composição química do CAP dependem da fonte e
dos processos de refino do petróleo de sua origem. No Brasil e em diversos outros países,
não é comum a produção de ligantes a partir de um único tipo de petróleo, e sim, a partir de
uma variedade de óleos crus, resultando em CAP’s contendo uma considerável variedade
de compostos orgânicos e elevada complexidade química (Guimarães, 2012). Os CAP’s
utilizados no concreto asfáltico para núcleos de barragens são os mesmos utilizados em vias
de pavimentação, e geralmente possuem valores de penetração de 80 a 100.
O CAP utilizado para a construção do núcleo de concreto asfáltico da barragem de Jirau foi
do tipo 85-100, comercialmente disponível pela distribuidora Betunel - Tecnologia em
Asfaltos. Para uma aferição e comprovação de suas características tecnológicas, foram
realizados ensaios de penetração pela norma NBR 6576 (ABNT, 2007), viscosidade Saybolt
Furol pela norma NBR 14950 (ABNT, 2003), densidade pela norma NBR 6296 (ABNT,
2004) e ponto de fulgor pela norma NBR 11341(ABNT, 2008), durante o período de
construção do núcleo, pela empresa TechDam (2013), contratada pelo consórcio da UHE
Jirau, com acompanhamento direto dos resultados pelo autor deste trabalho.
A Tabela 4.1 apresenta a síntese destes resultados, obtidos a partir de amostras de CAP
coletadas diretamente dos tanques de armazenamento da usina da obra, confrontados aos
valores de referência do fabricante. Os resultados foram equivalentes, com exceção aos
valores obtidos para a viscosidade do produto.
Tabela 4.1 – Propriedades Básicas do CAP 85 - 100
37
4.2.2 – Agregados do Concreto Asfáltico
Um segundo componente da mistura de concreto asfáltico são os agregados que compõem a
maior porcentagem da massa utilizada na mistura, variando comumente entre 90 a 95% do
CAP. Os agregados foram caracterizados com base nos resultados de sua resistência ao
desgaste por meio de ensaios de abrasão Los Angeles, prescritos pelas normas NBR NM 51
(ABNT, 2001) e ME 035 (DNER, 1998), dos ensaios de índices de forma ME 086 (DNIT,
1994), usados para estimar a segregação da mistura e dos ensaios para a determinação do
grau de adesividade (norma ME 078 do DNIT, 1994), que expressa a aderência do agregado
ao betume.
A Tabela 4.2 apresenta os resultados obtidos em termos da aferição dos índices de forma
dos agregados. O valor de referência – índice de forma igual a 0,76 – implica um agregado
de forma mais próxima ao arranjo cúbico (valor ideal igual a 1,0), o que foi compatibilizado
com a natureza do processo de britagem implantado na central de processamento (escolha e
seleção do britador).
Tabela 4.2 – Resultados do ensaio de índice de forma dos agregados
Em relação à adesividade agregado - betume, os resultados dos ensaios indicaram uma boa
adesividade entre os dois produtos, sem quaisquer deslocamentos de película betuminosa
entre eles num período de 72h, sob uma temperatura de ensaio de 40°C (conforme
procedimentos da norma ME 078 do DNIT, 1994).
38
Para atender à granulometria do traço inicial, tornou-se necessária a implantação de um
novo britador separado do britador principal destinado à produção de agregados para
transições e concreto. Para este novo britador, foram definidas faixas de produção de
agregados de forma a se obter a densidade máxima da mistura conhecida como ‘curva de
Fuller’. Assim, para se estabelecer os padrões granulométricos exigidos, foram produzidos
cinco tipos de agregados, divididos em diferentes faixas, definidas pelos seguintes
intervalos de tamanhos: 0-4mm, 4-8mm, 8-11mm e 11-16mm e pó dolomítico (‘filler
dolomítico’), definidos pelas linhas tracejadas indicadas na Figura 4.1. As linhas contínuas
representam os resultados das curvas granulométricas médias, relativos a todo o período de
produção, para os cinco diferentes agregados testados.
Figura 4.1 – Produção de agregados e controle granulométrico em obra
Uma vez que todos os agregados apresentaram distribuições granulométricas compatíveis
com as faixas-padrões, eles puderam ser associados diretamente para a obtenção do traço
final do CBUQ (argamassa asfáltica). A rigor, o primeiro agregado (na faixa de 0 a 4 mm)
não atendeu exatamente estas prescrições (Figura 4.1) mas, quando em associação com os
demais faixas de agregados, inseriu-se normalmente na faixa admissível para o traço final
do CBUQ (Figura 4.2). A faixa contínua representa a distribuição granulométrica média do
produto em obra e as linhas tracejadas definem as faixas limítrofes de aceitação da
distribuição granulométrica do mesmo. Em situações particulares, em que estes limites
foram ultrapassados, eram feitos ensaios para a determinação da densidade máxima e dos
índices de vazios limites dados nas especificações de obra, sendo descartadas as bateladas
no caso de obtenção de valores não admissíveis destes parâmetros.
39
Figura 4.2 – Curva granulométrica média do CBUQ em obra
4.3 – SELEÇÃO DO TRAÇO E EXECUÇÃO DE ATERRO EXPERIMENTAL
Para as atividades de campo, impõe-se a determinação do traço inicial da argamassa
asfáltica, compatibilizando as propriedades aferidas para os dois componentes do produto, o
que permitirá a adoção de melhorias em sua composição e características finais. Incluem-se
potencialmente nestas melhorias a trabalhabilidade, a compactação, a impermeabilidade e a
diminuição de custos, entre outros.
A composição inicial foi testada com 11% de material tipo fíler (passante na peneira 200)
com três diferentes teores de betume, quais sejam, 6,5%, 7% e 7,5%. Entretanto, os testes
não foram satisfatórios pois não atenderam as especificações técnicas pré-estabelecidas de
um índice de vazios mínimo de 3%.
Assim sucessivamente foram realizados novos testes com novas concentrações de fíler e
CAP. Quando foi feita a mistura de 13% de fíler, com teores de 7,2%, 7,5% e 7,8% de
CAP, foram obtidos valores de índices de vazios, respectivamente, de 1,2%%, 1,0% e
0,8%, todos atendendo ao limite inferior previsto. Assim, adotou-se para a composição do
traço inicial uma mistura de agregados, com 13% de fíler e 7,2% de CAP, pois isto
implicava também em uma significativa redução dos custos envolvidos. Utilizando o traço
base, foram realizados inúmeros ensaios para tentar viabilizar o mesmo com índices
menores de CAP, sem comprometimento da trabalhabilidade do material e sem garantia de
um recobrimento integral dos agregados pelo material betuminoso.
40
Os resultados destes experimentos resultaram na obtenção de um traço melhorado, com a
composição final indicada na Tabela 4.3 (porcentagens em peso).
Tabela 4.3 – Traço final da argamassa asfáltica (% em peso)
MATERIAL REVISÃO 19CAP 6,8
BRITA 16 mm 16
BRITA 11 mm 13
BRITA 8 mm 23
AREIA 3 mm 28
FILLER DOS AGREGADOS 2
FILLER DOLOMITA 11,2
SOMA DAS % 100
Após definidas as faixas granulométricas, o teor de CAP e as demais características da
mistura asfáltica, buscou-se prever as características do processo executivo por meio de um
aterro experimental, incluindo o lançamento das transições e a construção de uma laje de
concreto para simular o plinto. O processo teve início com a limpeza da laje para aplicação
do mastique asfáltico, que foi, então recoberto com quatro camadas da argamassa, com
espessuras de 0,25m, devidamente confinadas por transições fina e grossa. O objetivo deste
aterro foi observar o comportamento da mistura (em termos de estabilidade e fluidez) para
utilização dos rolos compactadores e a uniformidade da compactação com camadas
superiores a 0,20 m, além de visualizar a aderência entre o plinto, o mastique e a mistura
CBUQ, bem como o comportamento da interface camada/camada e a temperatura de
trabalho da mistura.
Por meio de sondagens rotativas, foram obtidas amostras indeformadas do aterro
experimental (Figura 4.3). É possível visualizar claramente os contatos que caracterizam a
boa aderência entre o núcleo e o concreto do plinto, não apresentando zonas com vazios ou
fissuras e o horizonte de mastique intermediário. O conjunto mostra também uma excelente
homogeneização da mistura, uma vez que não foi possível a identificação entre as fronteiras
de início e de final das diferentes camadas que, foram, entretanto, demarcadas previamente
por meio da inserção de fios galvanizados ao longo dos contatos.
41
Figura 4.3 – Amostra indeformada obtida do aterro experimental
Uma das amostras indeformadas, retiradas do aterro experimental, foi submetida a um
ensaio triaxial CD. Corpos de prova cilíndricos, com 100mm de diâmetro e 200 mm de
altura, foram preparados e carregados (com carga axial aplicada uniformemente na taxa de
1,8%/h, sob temperatura constante em 20ºC) igualmente sob uma tensão confinante de 500
kPa. Estes resultados estão apresentados, para duas das amostras ensaiadas, na Figura 4.4.
Figura 4.4 – Resultados dos ensaios triaxiais com amostras do aterro experimental
42
As curvas tensão-deformação obtidas para ambos os corpos de prova indicam uma boa
concordância entre os resultados. A tensão desviadora média foi da ordem de 1,57 MPa,
correspondente a uma tensão axial de ruptura de 2,07 MPa. O módulo secante da mistura
correspondente à deformação de 1% foi de 25 MPa. Os dois corpos de prova mostram
ductilidade significativa sem nenhuma tensão-amolecimento até 20% de deformação, com
pequena variação de volume (expansão) durante o carregamento. Para uma deformação
axial de 20%, a expansão foi da ordem de apenas 0,8%.
Estes resultados foram correlacionados com outros obtidos a partir de ensaios triaxiais
similares realizados sobre uma amostra moldada no traço originalmente estabelecido. Os
resultados da amostra do aterro foram ligeiramente inferiores aos da amostra original
(tensão desviadora reduziu de 2,20 MPa para 2,07 MPa, o módulo secante a 1% reduziu de
30 MPa para 25 MPa e a expansão a 20% caiu de 1,3% para 0,8%). Com base nestas
avaliações, o traço final da argamassa asfáltica foi validado para se constituir o material de
construção do núcleo asfáltico da UHE Jirau.
4.4 – ENSAIOS DE CONTROLE DE QUALIDADE EM CAMPO
4.4.1 – Ensaios de Controle de Qualidade do CAP
Ensaios de controle de qualidade no recebimento do CAP eram realizados em relação a
todos os carregamentos de material betuminoso entregues na obra. Estes ensaios devem ser
realizados de imediato, antes que sejam estocados nos tanques de armazenamento da usina
central, para quem uma vez que não atendam os pré-requisitos formais, não contaminem os
materiais previamente estocados.
Os materiais passam por um controle para conferência das características descritas na nota
fiscal, pois uma variação nos parâmetros pode prejudicar a fabricação do CBUQ, podendo
mudar as características do material e causar problemas na sua aplicação. Após esta
certificação preliminar, eram realizados comumente ensaios de penetração (normas NBR
6576 – ABNT, 2007 e ME 155 – DNIT, 2010), viscosidade (norma NBR 14950 – ABNT,
2003) e ponto de fulgor (norma NBR 13.341 – ABNT, 1990).
43
A Tabela 4.4 apresenta as médias obtidas para estes parâmetros (incluindo densidades) para
todos os ensaios de recepção de materiais betuminosos realizados na obra, correlacionados
aos valores de referência prescritos. Uma vez atendidas as características especificadas, o
betume era liberado para armazenamento nos silos, para posterior utilização na usina como
material ligante.
Tabela 4.4 – Ensaios de recebimento do CAP na obra
Nº de Amostras 165 59 156 156Média 89 134 1,004 281Desvio Padrão 2,27 11,2 0 57,71Especificação 85 a 100 Mínimo 110 - Mín. 235°C
Ensaio Penetração (0,1 mm) Viscosidade (135ºC) - sSFDensidade
(g/cm³)Ponto de fulgor
4.4.2 – Ensaios de Controle de Qualidade em Campo
Os ensaios de controle tecnológico são atividades para verificar o processo executivo, tanto
em termos dos serviços de campo propriamente ditos como em relação ao produto final
(camada lançada do núcleo). Esses ensaios são ferramentas primordiais de controle
tecnológico para detecção de qualquer erro ou falha no processo executivo e servem
também como ferramenta de liberação entre um lançamento e outro, tornando não subjetivo
a liberação de camadas, tomando-se como parâmetros básicos como trabalhabilidade do
material e temperatura de lançamento como aspectos passíveis de inspeções visuais da
mistura como efeitos de exsudação ou segregação, por exemplo.
Assim, em cada etapa do processo executivo, são feitas avaliações para adequação e
caracterização dos materiais de construção, começando pelo transporte e lançamento da
argamassa que deve chegar em campo com temperatura igual ou superior a 135°C, de forma
a garantir uma boa trabalhabilidade do material, sua característica auto-adensável, bem
como garantir uma adequada compactação e interação com a camada anterior, sem a
presença de quaisquer feições deletérias ou atípicas de lançamento. Nessa fase, pelo fato do
CBUQ estar ainda quente, ele é de fácil remoção, caso seja necessário para correção.
44
Após o lançamento de uma dada camada, uma amostra deformada do material era coletada
ainda quente e levada, então, ao laboratório para a execução dos ensaios de controle de
qualidade. Os procedimentos utilizados para a moldagem dos corpos de prova seguiram as
recomendações da NBR 12891 (ABNT, 1993) para moldagem Marshall (compactação por
impacto), mas com aplicação de 30 golpes em vez dos 50 ou 75 especificados pela norma
brasileira, redução adotada no sentido de melhor reproduzir a energia efetivamente aplicada
na compactação do núcleo de barragens (que utilizam rolos de 7 a 10 kN).
Em seguida, procedia-se à determinação da massa seca e submersa, de acordo com os
procedimentos da norma NBR 8352 (ABNT, 1984) para o cálculo da massa específica
aparente de cada corpo de prova. Para o cálculo dos respectivos volumes de vazios, era
também calculada a massa específica máxima (ou massa específica real) pelo chamado
‘método Rice’ (ASTM, 2000). O método consiste na aplicação de vácuo para a
determinação da massa específica da mistura de agregados e ligante, levando-se em conta a
quantidade de ligante que é absorvida pelo agregado e a diferença entre as viscosidades da
água e do betume. Cuidado especial neste ensaio consiste exatamente na aplicação de uma
pressão de vácuo à amostra ensaiada capaz de expulsar completamente o ar remanescente
entre os agregados recobertos pelo filme de ligante.
A Tabela 4.5 apresenta os valores médios obtidos para os teores de ligante, volumes de
vazios, densidade aparente e densidade real das amostras coletadas do núcleo asfáltico da
barragem principal da UHE Jirau. O valor médio dos volumes de vazios foi da ordem de
0,96% e constatou-se uma quase equivalência entre os valores médios das densidades real e
aparente das amostras ensaiadas.
Tabela 4.5 – Valores médios dos parâmetros de controle de campo
Média 6,66 0,96 2,35 2,38Nº de Amostras deformadas. 1135 1070 1070 1070Desvio Padrão 0,3 0,26 0,01 0,01Coef Variação (%) 4,54 27,3 0,35 0,37
Teor de CAP (% ) Volume vazios %Densidade aparente (g/cm³)
Densidade real (g/cm³)
45
Após o lançamento de quatro camadas de 0,20m de espessura, a atividade era paralisada até
o completo resfriamento do núcleo, quando, então, era retomado o lançamento de outras
quatro camadas. Com o resfriamento da camada, o CBUQ ganha consistência adequada
para se proceder à extração de testemunhos (amostras indeformadas), utilizando-se um
equipamento extrator rotativo (Figura 4.5a), o que era feito após a execução de 25 a 30
camadas do núcleo asfáltico. As amostras coletadas têm cerca de 30 cm de comprimento
por 10cm de diâmetro (Figura 4.5b).
(a) (b) Figura 4.5 – Equipamento rotativo para extração (a) e amostra coletada do núcleo (b).
Após extração, as amostras eram levadas ao laboratório para preparação de corpos de prova
com 5 cm de espessuras (Figura 4.6, assim designadas: amostra A (0 A 5cm a partir do
topo); amostra B (5cm a 10cm), amostra ‘C’ (de 10cm a 15cm), amostra ‘D’ (de 15cm a
20cm) e amostra ‘E’ (de 20cm a 25cm da extensão da amostra coletada, correspondente ao
trecho de 0 a 5cm do topo da camada anterior).
Figura 4.6 – Preparação dos corpos de prova a partir da amostra coletada do núcleo
46
O objetivo do seccionamento dos corpos e prova é verificar a efetividade da compactação
ao longo de uma mesma camada, bem como as condições do contato entre uma camada e
outra, além de aferir os resultados dos ensaios realizados nas amostras deformadas retiradas
previamente, ratificando ou não os volumes de vazios pré-determinados. Os resultados
demonstram, mais uma vez, a eficiência e a adequabilidade da metodologia construtiva do
núcleo asfáltico, uma vez que todas as subcamadas avaliadas apresentaram volumes de
vazios inferiores a 3% (variação entre 0,89% na camada ‘E’ a 1,16% na camada ‘B’).
Tabela 4.6 – Parâmetros de controle para os testemunhos coletados do núcleo
A B C D ENº de Amostras 57 57 57 57 47Média 1,06 1,16 1,03 1,12 0,89Volume médio de vazios (%) 0,38 0,48 0,47 0,49 0,31Coef. de Variação (%) 36,3 41,87 45,15 43,48 34,28Volume médio total (%) 1,05
CP’s Indeformados
Observa-se, assim, um ganho significativo da eficiência da compactação quando se obtém o
volume de vazios da porção superior da camada de base, após o lançamento do bloco
seguinte (quatro camadas de 0,20m de espessura cada uma). Conclui-se, portanto que,
muito provavelmente, esse ganho seria estendido também para as camadas mais
subjacentes, contribuindo para o enrijecimento global da estrutura do núcleo e,
consequentemente, para uma redução da condutividade e hidráulica do maciço.
Com efeito, considerando a relação tipicamente logarítmica entre índices de vazios e
permeabilidades de núcleos asfálticos (como mostrado previamente no Capítulo 2 da
dissertação), constata-se que, para um volume de vazios de referência de 3%, a
permeabilidade do núcleo seria inferior a 10-10 m/s (ver Figura 2.6), o que caracterizaria um
maciço praticamente impermeável.
Por outro lado, é importante ressaltar que o valor médio do volume de vazios obtido para o
núcleo asfáltico da barragem principal da UHE Jirau foi de apenas 1,05%, o que resultaria
em uma permeabilidade ainda menor, consolidando as análises precedentes e a grande
característica de estanqueidade desta solução de vedação para barragens.
47
Além do controle de qualidade da execução do núcleo, eram realizados também ensaios de
controle dos enrocamentos e transições, demais materiais de construção de uma barragem
de enrocamento com núcleo asfáltico (BENA). Em ambos os casos, o parâmetro principal
de controle de qualidade em campo é a densidade, uma vez que a granulometria dos
materiais já havia sido submetida a rígidos controles na central de britagem.
O ensaio básico de campo era o chamado ‘ensaio de membrana plástica’. Esse ensaio
consiste em se utilizar três tipos de gabarito que dependiam do material a ser ensaiado: um
gabarito de 4m x 4m para o enrocamento, um gabarito cilíndrico, de 1,5m de diâmetro, para
a transição grossa e enrocamentos finos e um gabarito cilíndrico, de 0,60m de diâmetro,
para as transições finas. O processo consistia em escavar uma vez e meia a altura da camada
lançada e compactada, que era de 0,80m para o enrocamento, 0,40m para o enrocamento
fino e transição grossa e de 0,20m para transição fina (a transição fina tinha esta altura de
lançamento final pois a mesma era lançada conjuntamente com o núcleo asfáltico pela
mesma acabadora, sendo, então, limitada a sua altura pela altura da camada do núcleo.
Inicialmente, a partir da instalação prévia do gabarito de madeira (Figura 4.7a), o espaço
interno era escavado e o peso do material removido era lançado em um caminhão
previamente pesado. Em seguida, a escavação era modelada por uma membrana plástica
que era conformada ao máximo às paredes e ao fundo da escavação, e preenchida
completamente com água (Figura 4.7b), sendo o volume aferido por um hidrômetro.
(a) (b)
Figura 4.7 – Ensaio de membrana plástica: gabarito de madeira (a) e enchimento (b)
48
O ensaio era realizado periodicamente, em função dos volumes pré-estabelecidos do
lançamento de cada material. A densidade era obtida diretamente pela relação entre a massa
e a volume do material escavado (Tabela 4.7).
Tabela 4.7 – Valores médios das densidades dos enrocamentos e transições
Material Quantidade de ensaios Densidade Media(g/cm3)
Transição fina 108 2,143Transição grossa 23 2,135Enrocamento Fino Dmax 0.40m 9 2,122Enrocamento Dmax 0,80m 7 2,064
O controle de campo assim feito confirmou integralmente as especificações técnicas e os
parâmetros de projeto adotados para a avaliação da estabilidade estrutural da barragem. Por
outro lado, o controle de compactação era feito mediante a adoção de um número mínimo
de seis passadas do rolo liso vibratório, parâmetro este obtido com base nas avaliações do
comportamento geotécnico das primeiras camadas lançadas em campo.
49
CAPÍTULO 5CCOONNCCEEPPÇÇÃÃOO GGEERRAALL,, MMEETTOODDOOLLOOGGIIAASS CCOONNSSTTRRUUTTIIVVAASSEE SSOOLLUUÇÇÕÕEESS DDEE PPRROOBBLLEEMMAASS EEMM CCAAMMPPOO
5.1 – INTRODUÇÃO
Barragens de enrocamento com núcleo asfáltico incluem, além de novas concepções de
engenharia, a interação contínua de metodologias construtivas com procedimentos de
controle tecnológico, o que implica, em muitos casos, a ocorrência de problemas e de
interferências diversas na sequência das operações de campo. Em obras desta natureza, boas
concepções de planejamento tornam-se fundamentais para a minimização destes problemas,
visando compatibilizar a participação integrada das diferentes empresas e ações envolvidas
na viabilização do empreendimento.
No caso da UHE Jirau, as obras civis ficaram a cargo da empresa Construções e Comércio
Camargo Corrêa S.A. (designada no texto a seguir pela sigla CCCC), com a construção da
barragem principal (Leito do Rio) prevista para ser realizada entre abril a novembro de
2012. Em fevereiro de 2012, a empresa norueguesa VEIDEKKE (terceira contratada),
parceira no projeto como responsável pela execução do núcleo asfáltico da barragem, deu
início aos trabalhos de mobilização e de implantação da usina de concreto asfáltico na obra,
exigência básica frente aos grandes volumes demandados.
A usina de concreto asfáltico deve incluir preferencialmente balanças automáticas e
controle impresso de quantidades e temperaturas de cada batelada, possuindo três, ou
preferencialmente quatro, silos aquecedores para armazenamento dos agregados, sendo um
destes silos destinado à mistura pronta, com capacidade de estocagem correspondente a
pelo menos 30 minutos de produção da máquina pavimentadora. A capacidade de produção
da central deve ser, no mínimo de 50 – 60 t/h, para que se tenha uma produção contínua na
construção da barragem. A Figura 5.1 apresenta uma vista geral da usina de asfalto
implantada na obra, do tipo gravimétrica, atendendo estas premissas operacionais.
50
Figura 5.1 - Usina de Concreto Asfáltico da UHE Jirau (Ramalho et al., 2013)
Conforme exposto previamente, as condições de estabilidade da barragem com núcleo
asfáltico impõem a necessidade de utilização de zonas de transição a montante e a jusante
do núcleo, permitindo uma melhor redistribuição das tensões impostas pelo enrocamento.
Em termos da concepção construtiva envolvendo estes materiais, embora possam ser
adotadas técnicas distintas, a sistemática comum consiste na implantação mecânica e
conjunta de ambos (técnica construtiva chamada DACC ou Dense Asphaltic Concrete
Core), o que otimiza bastante os prazos operacionais (ICOLD, 1992).
A máquina pavimentadora (core paving machine) a ser utilizada na execução do núcleo
asfáltico deve possuir características que permitam o suporte imediato do núcleo e garantam
um comportamento integrado do conjunto núcleo - transições finas. Para isso, a máquina
possui caçambas que promovem o lançamento simultâneo dos materiais do núcleo e das
transições finas de montante e de jusante, que são alimentadas por carregadeiras
independentes e dispostas de ambos os lados do núcleo. Este equipamento é comumente
referido como sendo de terceira geração, por constituir uma evolução dos equipamentos
pioneiros, possibilitando a construção de núcleos de 0,40 m a 1,5 m de largura e ajustes de
geometria ao longo da construção.
Três critérios de referência devem ser adotados na metodologia construtiva de núcleos
asfálticos em barragens de enrocamento (ICOLD, 1992):
51
(i) a implantação do concreto asfáltico e dos materiais das transições deve ser feita
de forma acurada e contínua, seguindo-se as determinações de projeto relativas a
cada camada;
(ii) os diferentes materiais utilizados devem ficar nivelados nas etapas de
lançamento e de compactação;
(iii) as taxas de disposição dos materiais do núcleo e das zonas de transição devem
ser compatíveis com a sequência construtiva da barragem como um todo.
5.2 – METODOLOGIA CONSTRUTIVA TIPO DACC
A metodologia DACC foi aplicada à construção da barragem principal da UHE Jirau,
conforme os princípios detalhados a seguir. Pela complexidade do sítio local, conformado
por um relevo assimétrico e irregular, o processo geral foi realizado por meio de diferentes
estágios ou etapas construtivas, envolvendo soluções específicas no leito do rio, nas
ombreiras ou no contexto global do barramento (Figura 5.2).
Figura 5.2 – Etapas de construção da metodologia DACC (Ramalho et al., 2013)
5.2.1 – Escavação e Regularização das Fundações
Após a conclusão da fase do desvio do rio através do vertedouro com soleiras rebaixadas e
a conclusão das ensecadeiras limítrofes à barragem principal, procedeu-se ao esgotamento
das águas acumuladas no recinto central, seguido pelos trabalhos de escavação até à cota
final de projeto e regularização final das fundações (Figura 5.3).
52
Figura 5.3 – Preparação das fundações para a construção da Barragem Principal
Os trabalhos de regularização final do sítio do barramento envolveram procedimentos como
remoção de blocos rochosos, desmontes localizados, nivelamento da superfície rochosa,
infiltração de fissuras com nata de cimento e limpezas manuais da área. Na região da
ombreira direita, parte da fundação do espaldar de jusante ficou apoiado em solo residual de
granito (Figura 5.4).
Figura 5.4 – Fundação local em solo residual de granito (ombreira direita)
Após a preparação da fundação, executou-se a laje de concreto convencional, chamada
plinto, que constitui a base regularizada do núcleo asfáltico da barragem, que foi
implantada de acordo com os mesmos procedimentos que são comumente adotados na
construção destas estruturas em barragens de enrocamento com face de concreto.
53
A partir do plinto, procedeu-se ao tratamento geral da fundação, por meio de três linhas de
injeções de calda de cimento sobre pressão, visando reduzir a permeabilidade e o fluxo de
água pela fundação da barragem. As linhas de furos de injeção foram executadas segundo o
eixo da linha de centro e paralelas a esta, adotando-se espaçamentos de 1,50 m entre elas
(Figura 5.5).
Figura 5.5 – Tratamento das fundações locais por cortinas de injeções
5.2.2 – Preparação da Superfície do Plinto e Lançamento de Mastique Asfáltico
Após a construção do plinto, projetado com uma largura mínima igual ao dobro da largura
do núcleo, teve início uma fase de preparação extremamente detalhada da superfície da
laje de concreto para a obtenção de condições ótimas de aderência da mesma com o
concreto asfáltico (Figura 4.6).
Figura 5.6 – Preparação da superfície da laje de concreto (plinto)
54
O procedimento é iniciado com jatos de ar e água desferidos sobre a superfície do concreto
para remoção da película de argamassa aderida à mesma, de forma a deixar os agregados
expostos e isentos de poeiras e partículas soltas. Em seguida, um maçarico é utilizado para
aquecimento do concreto e para a eliminação de toda a umidade residual, tornando a
superfície rugosa e seca adequadamente preparada para receber a aplicação de uma camada
de base de mastique asfáltico.
O mastique asfáltico é constituído por 32% de areia artificial produzida por britagem, 33%
de areia natural, 20% de pó de pedra e 15% de betume. Para a sua aplicação, o CAP
(cimento asfáltico de petróleo) é aquecido na usina e colocado em um misturador portátil,
onde são acrescentados areia e fíler para a obtenção de uma consistência mais pastosa
(Figura 5.7a). A temperatura deve ser da ordem de 150ºC, para garantir a fluidez da
mistura. A aplicação é feita manualmente e de forma homogênea, com a ajuda de balde
metálico e rodo de madeira (Figura 5.7b), de forma a se obter uma camada de cerca de 2,0
mm de espessura, que é, então, deixada resfriar por 24h.
(a) (b)
Figura 5.7 – (a) Mastique asfáltico; (b) lançamento do mastique sobre a laje de concreto
5.2.3 – Construção do Núcleo de Concreto Asfáltico
Antes do início do lançamento da primeira camada de núcleo asfáltico, a camada de
mastique tem que ser novamente aquecida, para propiciar melhor integração com a primeira
camada de concreto asfáltico (CAP mais agregados). As duas primeiras camadas foram
55
lançadas manualmente, em função da geometria da base e pela impossibilidade, nestas
condições iniciais, de posicionamento da máquina pavimentadora na praça de trabalho, em
função do desnível da laje de concreto conformada ao relevo da fundação. Este processo
também foi adotado nas zonas de mudança de direção da laje de concreto.
O lançamento do concreto asfáltico foi feito no espaço confinado por formas metálicas,
travadas por barras transversais (Figura 5.8a), de forma a se garantir uma largura mínima
para o núcleo (da ordem de 1,20 m nestas primeiras camadas). As formas foram
preenchidas por meio de uma carregadeira adaptada, com silo frontal e abertura de fundo
(Figura 5.8b). O lançamento da transição fina foi feito por retroescavadeira, em larguras de
1,45 m em ambos os lados da forma. Todos os trabalhos previstos (posicionamento das
formas, lançamento das transições, nivelamento, remoção das formas e compactação) foram
monitorados para execução com rapidez e sequência uniforme, de modo a garantir a
homogeneidade das características técnicas dos materiais dispostos in situ.
Neste sentido, foram utilizadas ainda bombas de sucção (chupão) para esgotamento de
possíveis acumulações de água em depressões, que poderiam limitar as condições de
uniformidade do lançamento do material, seja pela ação de resfriamento acelerado da
massa, seja pelo comprometimento do adensamento e da compactação da mistura. Todas as
etapas do processo de lançamento de cada camada, antes e após a conformação da mesma,
eram aferidas pela equipe técnica de topografia de campo.
(a) (b)
Figura 5.8 – (a) posicionamento das formas metálicas; (b) lançamento da massa asfáltica
56
Superadas as limitações práticas que impõem o lançamento manual (o que significa
estabelecer uma extensão mínima de cerca de 30m de base nivelada), o concreto asfáltico
passou a ser lançado por processos mecânicos, utilizando-se uma máquina vibro-acabadora
de terceira geração. O núcleo asfáltico e as transições finas foram lançadas simultaneamente
no campo. Neste processo, a disposição dos materiais é feita pelo sistema de aratacas,
formas móveis que confinam e lançam, por silos separados, os materiais em campo. O
abastecimento dos silos de transição fina e de concreto asfáltico foi realizado
conjuntamente, utilizando-se, respectivamente, uma retroescavadeira e uma carregadeira
adaptada (Figura 5.9).
Figura 5.9 – Distribuição conjunta do concreto asfáltico e transição fina
Previamente ao lançamento do concreto asfáltico, as transições são molhadas até à condição
de umidade ótima e de forma a se evitar a utilização de água após o lançamento do material
do núcleo, uma vez que isto poderia comprometer a sua eficiência. Logo após o lançamento
da camada, a equipe de topografia conferia a locação do eixo do barramento e procedia à
marcação do alinhamento com um arame - guia, para controle do operador da
pavimentadora (Figura 5.10). O processo de compactação era iniciado imediatamente a
seguir. As camadas lançadas possuíam espessuras da ordem de 20 a 30 cm e eram
compactadas simultaneamente, de forma a se garantir a sustentação lateral para o núcleo e
uma aderência completa entre os diferentes materiais de construção. Na compactação, são
utilizados rolos compactadores, que operam na sequência da máquina pavimentadora. Os
rolos compactadores devem operar de forma coordenada para não induzir deslocamentos
laterais do núcleo.
57
Figura 5.10 – Controle de alinhamento do eixo do núcleo asfáltico
Após o lançamento de uma camada, a compactação era realizada por três rolos vibratórios,
da seguinte forma: dois rolos, com capacidade de 27 kN, compactavam paralelamente as
transições; e um rolo, com capacidade de 7 kN e posicionado alguns metros mais atrás,
promovia a compactação do núcleo (Figura 5.11). Os parâmetros de compactação adotados
em campo foram estabelecidos a partir de estudos prévios executados por meio de aterros
experimentais realizados no local, para as condições reais dos equipamentos disponíveis na
própria obra.
Figura 5.11 – Compactação integrada do núcleo asfáltico e das transições finas
Em função dos efeitos distintos da compressibilidade dos dois materiais envolvidos, o
núcleo asfáltico tende a apresentar um estreitamento sistemático, do topo para a base, ao
longo de cada camada (Figura 5.12).
58
(a) (b)
Figura 5.12 – Estreitamento do núcleo: (a) campo; (b) esquema (Guimarães, 2012)
O controle de temperaturas era feito durante todo o processo de lançamento, incluindo
também leituras da temperatura da mistura colocada na carregadeira e antes do lançamento,
para garantir que as especificações de projeto fossem cumpridas integralmente. Após a
conferência da temperatura, o silo era aberto sobre a máquina pavimentadora (ou sobre as
formas de confinamento, quando o lançamento era do tipo manual), sendo conferida
novamente, antes do processo de compactação (Figura 5.13).
Figura 5.13 – Controle de temperaturas no campo (antes da compactação)
Na UHE Jirau, a construção do núcleo comportou inicialmente o lançamento de 4
camadas diárias com 20cm de espessura passando, no decorrer da obra, para 5 camadas
diárias, com 23cm de espessura, com base em resultados de aterros experimentais.
59
5.3 – PROBLEMAS DETECTADOS E SOLUÇÕES PROPOSTAS
5.3.1 – Desalinhamentos do Núcleo Asfáltico
Este tipo de problema somente é detectado quando da marcação do eixo correspondente ao
lançamento da próxima camada. Muitas vezes esta variação é pequena, mas pode causar
excentricidades do núcleo. Durante o lançamento da camada anterior, o operador pode ter
se desviado da marcação do fio – guia; em geral, estes desvios tendem a ser pequenos e de
ocorrência em trechos localizados. Outra causa pode ser devido a erros oriundos de uma
marcação topográfica equivocada.
A correção de campo é realizada com base em procedimentos bastante simples e rápidos.
Preliminarmente, remove-se o material de transição que confina a camada e o excesso
lateral de material do núcleo, produzido durante a compactação, até se atingir o nível
correspondente à camada inferior (Figura 5.14).
Figura 5.14 – Camada com desvio do eixo e limpeza da transição
Após os trabalhos de limpeza, o complemento da camada é refeito, mediante o lançamento
do material por carregadeira, o qual é, então, espalhado manualmente (Figura 5.15). Em
seguida, procede-se ao confinamento da camada lançada e dá-se início ao processo padrão
de compactação da camada.
60
Figura 5.15 – Complementação da camada apresentando desvio do eixo
5.3.2 – Variações dos Teores de Concreto Asfáltico na Mistura
Em determinadas camadas, foram constatados excessos de concreto asfáltico (CAP) na
mistura e, inclusive em alguns pontos, até mesmo a mobilização de uma interface
caracteristicamente rugosa na superfície, indicando, assim, teores de CAP fora das
especificações técnicas de projeto. Tais observações são geralmente visuais, e corroboradas
pelos ensaios de aferição tecnológica do concreto asfáltico.
Várias podem ser as causas da variação dos teores de CAP, sendo que as principais são:
• Permanência por tempo excessivo no silo térmico, segregando o material;
• Problema na balança de pesagem do CAP;
• Contaminação por óleo de aquecimento dos reservatórios de CAP.
Depois de verificado e constatado visualmente o problema na camada, são realizados
ensaios para determinar a região onde se encontra o material com desvio. Assim, são
realizados ensaios com amostras tomadas à direita e à esquerda dos pontos com problemas,
até a completa delimitação do trecho crítico. O processo de remoção do trecho crítico tem
início com a demarcação da área, sendo o processo iniciado com a remoção das transições
laterais. Em seguida, a remoção cuidadosa do concreto asfáltico é feita mecanicamente e
com o material ainda quente, utilizando-se uma escavadeira adaptada com chapa frontal
(Figura 5.16), até se atingir totalmente o fio metálico que demarca o eixo da camada. Após
a remoção completa, é lançada nova camada manual, nas especificações de projeto.
61
Figura 5.16 – Remoção de camada com teores inadequados de CAP
5.3.3 – Lançamento de Camadas com Temperaturas Fora das Especificações
A situação é constatada na prática de campo de duas formas: a primeira pela medição direta
da temperatura, com valor abaixo de 150ºC, do material encaminhado ás frentes de serviço;
a segunda, pela constatação e temperaturas inadequadas pela medição da temperatura da
camada lançada e antes da compactação. Em ambos os casos, esta detecção é rápida
mediante o uso de termômetros digitais.
As causas possíveis dos problemas residem ou na demora no lançamento e compactação do
material ou no próprio encaminhamento do material pela central de usinagem (basicamente,
neste caso, porque as temperaturas do CAP ou dos agregados estão abaixo dos valores das
especificações técnicas de projeto).
A posição adotada em campo, neste caso, assume um componente de avaliação algo
subjetivo pois, dependendo da visualização do material lançado, a camada pode ser aceita
ou não. Em quaisquer casos de dúvida, a camada deve ser prontamente removida. Na
aceitação da camada pelas equipes de fiscalização, mesmo nos casos de confronto com os
valores prescritos nas especificações, mas baseados nas aferições dos aspectos gerais de
conformidade e uniformidade da massa, era realizado, então, além do ensaio normal de
controle executivo, um ensaio complementar para ratificação do resultado anterior.
62
4.3.4 – Infiltrações de Água no Núcleo Asfáltico
Em certas situações de campo, particularmente na região das cotas mais baixas da fundação
da barragem, foram observadas surgências de água na superfície da camada lançada e
compactada de núcleo asfáltico (Figura 5.17). Este problema é bastante atípico e expressa
uma situação incomum, pois o núcleo deveria ser impermeável e, nesta região, a fundação
consistia num dique de diabásio, que tinha sido objeto de um rigoroso tratamento por
injeções.
Figura 5.17 – Surgências de água na superfície do núcleo asfáltico
A orientação preliminarmente adotada foi a de prover novas camadas de superposição de
concreto asfáltico nas áreas das surgências, visando ‘abafar’ os fluxos internos, o que se
mostrou inconsistente, pois as infiltrações continuaram a avançar para as camadas
superiores. Efetuou-se, então, o lançamento de uma camada especial de mastique asfáltico
nesta zona da fundação, que foi recoberta por camadas convencionais de concreto asfáltico.
Constatada a manutenção das surgências de água mesmo nestas condições, as obras foram
prontamente paralisadas para se investigar rigorosamente as causas dos problemas e a sua
superação em campo.
A intervenção tomada, então, consistiu na remoção completa do núcleo lançado nesta
região, até o plinto, para observações da fundação e das potenciais causas das infiltrações.
Todas as surgências detectadas foram demarcadas e monitoradas, com medidas de pressões
e vazões. Estas investigações demonstraram a ocorrência de algumas infiltrações internas
pelo plinto, nas injeções profundas e ao longo da junta de dilatação.
63
A junta de dilatação consistia em um furo circular de 4 polegadas de diâmetro, preenchido
com mastique asfáltico. Embora as vazões fossem mínimas e sem possibilidades práticas de
quantificação, as pressões locais eram elevadas. Ao longo da junta de dilatação, o mastique
asfáltico estava sendo localmente expulso a uma velocidade da ordem de 10 cm por dia
(Figura 5.18).
Figura 5.18 – Detalhe da pressão na junta de dilatação com a expulsão do mastique
Por caracterizar um ambiente de contatos geológicos (granitos e diques diabásicos), todo o
programa local das injeções foi aferido com rigor. Os estudos permitiram verificar, então,
que, embora o material injetado nos furos apresentasse boa consistência nos centímetros
finais, mostrava baixa consolidação em baixa profundidade, liberando um material em
forma de polpa que verificou-se, mais tarde, tratar-se de pozolana da própria injeção.
Novos ensaios de infiltração foram, então, realizados com espaçamentos de 3 m. Os
resultados destes ensaios possibilitaram detectar a presença de uma extensa zona de grande
absorção de injeções e não consolidada, entre as profundidades de 3 a 6 m (Figura 5.19).
Para profundidades maiores, e até 30 m, o tratamento tinha sido efetivo e não foram
constatados problemas de consolidação das injeções. Simulações do problema foram feitas
em ensaios em outro local, constatando-se que a pozolana presente no cimento Portland em
ambientes sob fluxo constante, tendia a apresentar a segregação do clínquer, não permitindo
a hidratação da região superior e nem garantindo a consistência total da calda.
64
(a) (b)
Figura 5.19 – (a) calda sem consolidação de furo de injeção; (b) contato entre material
consolidado e não consolidado de furo de injeção
Estes fenômenos na fundação propiciaram pressões suficientes para forçar as infiltrações
até o domínio do núcleo asfáltico. Assim, nas zonas de ocorrência de fluxos contínuos sob
pressões elevadas, foram realizadas novas injeções (Figura 5.20), utilizando-se caldas de
cimento aditivadas e pressões mantidas constantes, obturando-se o furo por um período
mínimo de duas horas, para garantir efetivamente a pega e o início da hidratação do
cimento.
(a) (b)
Figura 5.20 – (a) furo inicial sem consolidação da injeção; (b) reconstrução do furo
Após este novo tratamento, não foram registradas quaisquer outras infiltrações ao longo do
plinto e na região do núcleo, condição favorável que foi ratificada por meio dos resultados
de ensaios de perda d’água executados no local (Figura 5.21).
65
Figura 5.21 – Ensaio de perda d’água para aferição do novo tratamento de fundação
5.3.5 – Reconstrução do Núcleo Escavado
Após a remoção do núcleo original de concreto asfáltico na região das infiltrações e das
intervenções corretivas adotadas (Figura 5.22), tornou-se necessária a aplicação de um
tratamento específico da área para a recomposição do novo núcleo. O processo incluiu um
programa de limpeza detalhada e manual do espaço escavado, devido às condições de
acesso difícil (Figura 5.22). A limpeza das transições no contato do maciço antigo e da
fundação envolveu toda a região do núcleo antigo, com transpasse de 1,20m e largura, em
cada lateral, de no mínimo 0,60m para cada lado (Figura 5.23).
Figura 5.22 – Limpeza e preparação do núcleo escavado
66
Figura 5.23 – Limpeza da transição fixada ao núcleo antigo
Uma fôrma foi colocada para garantir a largura mínima de projeto (Figura 5.24a) e a
escavação da transição foi feita de modo a permitir uma área efetiva de trabalho para o rolo
compactador. Visando proporcionar uma boa aderência do contato entre o concreto novo e
o antigo do núcleo, o material já lançado e o próprio mastique do plinto foram reaquecidos
para uma remoção complementar das impurezas e da água residual presentes no mesmo
(Figura 5.24b).
(a) (b)
Figura 5.24 – Reconstrução do núcleo: (a) fôrma colocada; (b) aplicação do mastique
Concluída esta fase da reconstrução do núcleo antigo, procedeu-se à execução completa do
núcleo remanescente de concreto asfáltico, de acordo com os procedimentos convencionais
adotados analogamente no âmbito de todo o barramento.
67
CAPÍTULO 6
IINNFFLLUUÊÊNNCCIIAA DDAA TTEEMMPPEERRAATTUURRAA NNAA EEXXEECCUUÇÇÃÃOO DDOO
NNÚÚCCLLEEOO AASSFFÁÁLLTTIICCOO
6.1 – INTRODUÇÃO
A temperatura é o fator chave na trabalhabilidade do material do núcleo asfáltico,
constituindo um dos poucos parâmetros que podem ser medidos e verificados na própria
operação de campo. Sua influência é decisiva em relação às características de fluidez do
material e no processo de autoadensamento do material, evitando possíveis segregações e a
criação de vazios dentro da mistura.
Por esses motivos as temperaturas de fabricação e de lançamento são importantes tanto para
aumentar a produtividade como para garantir um núcleo com maior homogeneidade e
estabilidade estrutural, além de influenciar diretamente no custo do material betuminoso,
uma vez que, quanto maior a temperatura de trabalho, maior é o gasto com combustível
para se obter o aquecimento da mistura.
Por entender que a influência da temperatura é determinante no comportamento geotécnico
do núcleo asfáltico da barragem durante o lançamento e durante toda a vida útil do
empreendimento e por se constatar que tais estudos específicos são praticamente
inexistentes na prática da engenharia convencional, adotou-se, no canteiro de obras da
construção da barragem principal da UHE Jirau, a prerrogativa de se estudar esta influência
em caráter específico e inerente à obra em implantação.
Neste propósito, foram construídos diferentes aterros experimentais, utilizando diferentes
temperaturas de lançamento da mistura (variantes em relação à temperatura padrão de
1400C, constante das especificações técnicas do projeto), de forma a se avaliar diretamente
a influência da temperatura sobre a trabalhabilidade e o desempenho final da mistura.
68
6.2 – CONSTRUÇÃO DOS ATERROS EXPERIMENTAIS
Foram construídos quatro aterros experimentais no canteiro de obras da barragem principal,
todos com dimensões de 3,0m x 0,60m x 0,60m, considerando ainda todos os demais
aspectos e especificações prescritos na metodologia construtiva do próprio núcleo asfáltico,
utilizando-se os mesmos equipamentos e a logística operacional adotada em campo.
Na construção dos aterros, utilizou-se uma carregadeira acoplada com uma caixa de
distribuição de CAP, uma escavadeira de 30t para distribuição da mistura, formas para
lançamento manual, além de um rolo compactador de 7 KN para compactação das camadas
lançadas. Três camadas, de 1,50m de extensão e 0,20m de espessura (análogas às adotadas
na construção do núcleo asfáltico) foram lançadas para compor o trecho inicial das camadas
do aterro experimental, que foram submetidas à compactação padrão de campo (quatro
passadas de rolo Modelo CC800), imediatamente após o lançamento para não se ter perdas
de temperatura no processo.
Num segundo trecho (também de 1,50m de extensão), o material foi apenas lançado sem
compactação (também em camadas de 0,20m de espessura). Em cada um dos aterros,
adotou-se uma temperatura final para o lançamento das camadas, que variaram entre 140ºC
(temperatura de referência na obra), 130ºC, 110ºC e 100ºC. A figura 6.1 apresenta as
diferenças de consistência dos materiais compactado e não compactado sob uma
temperatura de 110ºC.
Figura 6.1 – Camada compactada e não compactada do aterro (temperatura de 110 °C)
69
O processo de lançamento obedeceu a seguinte sistemática de campo: atingida a
temperatura final de lançamento do material betuminoso (controlada por meio de um
termômetro digital), a carregadeira lançava o material na forma com a transição fina já
confinada e o espalhamento era feito por meio de equipamentos manuais, como enxadas e
pás.
Na porção compactada do aterro, de forma a não ocorrer perdas significativas de
temperaturas, a compactação era feita de imediato, seguindo os procedimentos padrões de
campo. Todos os aterros foram executados a partir da mesma batelada de material
betuminoso de forma a garantir a homogeneidade física a longo de todas as camadas do
aterro.
Nos itens seguintes, são apresentados e discutidos os aspectos relativos à trabalhabilidade
dos materiais lançados e a aferição do comportamento geotécnico da mistura relativas às
zonas compactada e não compactada dos aterros experimentais.
6.3 – TRABALHABILIDADE E COMPACTAÇÃO DOS MATERIAIS EM CAMPO
O primeiro aterro experimental seguiu estritamente as prescrições da execução do núcleo
asfáltico, adotando-se a temperatura padrão de 1400C, de forma a constituir a referência
para os demais lançamentos. A trabalhabilidade e a compactação do material, portanto,
foram essencialmente os mesmos observados nas práticas costumeiras de campo.
No segundo caso, adotou-se uma redução de 100C na temperatura padrão de trabalho, de
forma a se avaliar uma condição que, embora distinta, fosse sensivelmente próxima à
referência operacional. Nas fases tanto de lançamento, como de espalhamento do material,
não foram constatadas diferenças sensíveis em relação ao procedimento convencional, ou
seja, a trabalhabilidade do material mostrou-se essencialmente similar ao anterior, sem
reflexos em termos da redução limitada de temperatura da massa. O material conservou as
suas características autoadensáveis e não apresentou dificuldades operacionais pelos
equipamentos usados. A compactação, por sua vez, ratificou amplamente as mesmas
condicionantes do processo anterior.
70
No terceiro aterro, buscou-se adotar uma variação bastante significativa da temperatura da
massa, impondo-se uma redução da temperatura de referência de 30ºC. Nestas condições de
maior fluidez, observou-se que o material asfáltico começou a aderir fortemente nas
paredes do compartimento de carga doo silo-carregadeira, dificultando sobremaneira a
disposição do material, o que exigiu a atuação dos operários no sentido de promover a
liberação das porções remanescentes no equipamento de lançamento.
As operações de espalhamento tornaram-se neste caso bem mais difíceis, conformando um
trabalho pesado e exaustivo, com atuação desgastante dos operários envolvidos. Certamente
esta condição de campo seria inviável, para ser realizado manualmente em áreas de grandes
extensões. Ainda assim, o material continuou a manifestar características autoadensáveis,
embora de forma lenta, mas eficiente. As atividades de compactação das camadas seguintes
mostraram-se muito difíceis e operacionalmente complicadas e a sua conclusão foi feita
com certa precariedade, em função das dificuldades inerentes à própria compactação e à
excessiva aderência da mistura final ao rolo compactador.
Um quarto e último aterro experimental foi executado sob temperaturas de 100ºC, para
simular uma condição limite de operação de campo. Neste caso, mesmo com a utilização de
substâncias desmoldantes nas paredes do silo-carregadeira, as dificuldades de lançamento e,
principalmente, de espalhamento do material foram impeditivas, pois a mistura não
apresentou trabalhabilidade suficiente para garantir um mínimo de consistência em relação
a uma intervenção estritamente manual para estas operações. Assim, tornou-se necessária a
utilização de uma escavadeira/retroescavadeira de porte médio para se fazer o espalhamento
da camada antes da compactação, sendo que o material já não apresentava as características
de autoadensamento e apresentava-se visivelmente poroso.
Na campanha experimental, constatou-se que temperaturas próximas à 120ºC constituem o
limiar que implica o surgimento de efeitos de aderência da mistura betuminosa aos
equipamentos de carga e de espalhamento, comprometendo a fluência e a trabalhabilidade
do material. Estas restrições são muito importantes em termos práticos porque implicam
atrasos e prazos adicionais para o lançamento e espalhamento da massa, com perda
substancial do material produzido e redução significativa dos ritmos de produção.
71
Após execução, os aterros permaneceram intactos por um período de 10 dias, até o
completo resfriamento da mistura. Após este período, foram extraídas amostras utilizando
um equipamento rotativo (Figura 6.2a), das zonas compactada e não compactada de cada
aterro experimental. As amostras coletadas (Figura 6.2b), com cerca de 0,40m de altura
(correspondentes, portanto, às duas camadas superiores do aterro), foram encaminhadas ao
laboratório para a execução dos correspondentes ensaios de controle de qualidade das
misturas provenientes dos aterros experimentais.
(a) (b)
Figura 6.2 – Extração (a) e obtenção (b) de amostras indeformadas dos aterros
6.4 – RESULTADOS DOS ENSAIOS DE CONTROLE DOS ATERROS
Durante o lançamento do material dos aterros em campo, para cada uma das condições
mencionadas, uma amostra deformada foi coletada e encaminhada ao laboratório. Os
procedimentos utilizados para a moldagem dos respectivos corpos de prova seguiram as
recomendações da NBR 12891 (ABNT, 1993) para moldagem Marshall, com aplicação de
30 golpes em vez dos 50 ou 75 especificados pela norma brasileira, no sentido de melhor
reproduzir a energia transferida pelo rolo de 7kN. Para a estimativa dos volumes de vazios
da mistura, foi determinada a sua massa específica máxima (ou massa específica real) pelo
‘método Rice’ (ASTM, 2000). O valor máximo deste parâmetro, obtido para todas as
amostras coletadas dos quatro aterros experimentais, foi da ordem de 0,89%, ligeiramente
inferior à média obtida para o núcleo da barragem (0,96%).
72
Similarmente aos ensaios de controle de qualidade relativos às misturas do núcleo asfáltico
da barragem, as amostras foram seccionadas em corpos de prova com 5 cm de espessura
(Figura 6.3), para a realização dos ensaios para a determinação dos volumes de vazios e
análises da eficiência dos processos de compactação em campo.
(a) (b)
Figura 6.3 – Corpos de prova para ensaios de controle de qualidade dos aterros
Os resultados obtidos estão apresentados na Figura 6.4, correlacionados com a linha de
referência correspondente ao volume de vazios máximo de 0,89%. Observa-se uma
tendência clara de aumento da porosidade da mistura com a redução das temperaturas de
lançamento, mais pronunciada no caso das misturas não compactadas. A inflexão da curva
das misturas compactadas entre 100°C e 110°C é simplesmente reflexo da sensível perda da
capacidade de compactação da mistura nesta última temperatura.
90
100
110
120
130
140
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Tem
pera
tura
(˚C
)
Índice de Vazios (e)
Indice de Vazios x Temperatura
Densidade Máxima Provável - e=0,89
Camada Compactada
Camada não Compactada
Figura 6.4 – Resultados dos ensaios de controle - Variações da temperatura das misturas
73
A principal conclusão dos resultados, porém, é que, mesmo sob baixas temperaturas,
significativamente menores que a especificada em projeto, os volumes de vazios das
misturas mantiveram-se sempre acima do limite inferior prescrito de 3%, ou seja, baixas
temperaturas (até 100ºC) não comprometem e não constituem parâmetros inibidores para o
bom desempenho do núcleo asfáltico vedante da barragem principal da UHE Jirau.
Por outro lado, o material lançado em temperaturas elevadas (até 130ºC) mantém as suas
características de autoadensamento e, com a diminuição da temperatura, sua porosidade
aumenta e sua trabalhabilidade diminui. Porém, não é imperativa a remoção de camadas
com temperaturas inferiores à especificada, pois o processo de compactação ajuda a
melhorar suas propriedades e rearranjos dos materiais, diminuindo a quantidade de vazios
do núcleo.
Outro fator que influencia sobremaneira a trabalhabilidade das misturas são os elevados
volumes de vazios que são preenchidos pelo material betuminoso, por se tratar de uma
mistura rica em teor de CAP (em torno de 6,5%). Adicionalmente, há que se considerar a
melhoria do comportamento geotécnico de uma camada lançada eventualmente com uma
temperatura inferior à de referência: o lançamento de uma nova camada da mistura, com
temperatura elevada e elevado teor de CAP, perpassa para a camada inferior, reduzindo o
volume de vazios da mesma e melhorando a sua estabilidade estrutural.
6.5 – RESULTADOS DOS ENSAIOS DE CONTROLE DO NÚCLEO ASFÁLTICO
Além da questão relativa à imposição de uma temperatura fixada em 140ºC para a mistura
asfáltica como referência de projeto, as especificações técnicas das obras da barragem
principal da UHE Jirau determinavam um limite diário de lançamento de 4 camadas de
0,20m de espessura (80cm diários na construção do núcleo) e a necessidade de um período
de repouso subsequente de 24h para a plena consolidação da mistura. Tal premissa visa
garantir a estabilidade estrutural do aterro, uma vez que, no caso de uma altura excessiva do
material betuminoso ‘plástico’, podem ocorrer problemas como o afundamento do rolo por
perda de capacidade de suporte da mistura (Figura 6.5) ou a indução de excentricidades do
núcleo, em função de deslocamentos de material e distorções do conjunto final.
74
Figura 6.5 – Perda da estabilidade estrutural da mistura asfáltica
De uma maneira geral, a estabilidade estrutural da mistura depende da sua própria
composição granulométrica (afetada por fatores tais como tipo e fabricação dos agregados;
peneiramento da central de mistura; modificação do traço no decorrer da execução, etc); da
temperatura de lançamento (muito influenciada pelo tipo e pelo teor de CAP presente) e da
metodologia construtiva do núcleo asfáltico (número de camadas lançadas, velocidade de
execução; condições de confinamento das camadas, etc).
Assim, torna-se relevante estudar o comportamento tensão-deformação destas misturas
asfálticas, sob diferentes temperaturas de preparação, tanto para as condições construtivas,
como para as condições operacionais da barragem. No presente estudo, optou-se pela
segunda hipótese, ou seja, analisar a influência da temperatura sobre o comportamento
tensão-deformação da massa asfáltica efetivamente lançada e compactada no núcleo da
barragem.
Neste propósito, foram extraídas 30 amostras indeformadas da última camada lançada do
núcleo asfáltico da barragem, moldadas com 10cm de diâmetro e 12,5 cm de altura. A
Figura 6.6 apresenta a análise granulométrica, teor de CAP e outras características do
material constituinte da última camada lançada do núcleo da barragem principal da UHE
Jirau. As amostras foram, então, submetidas a imersão em água (processo de banho-maria)
aquecida em estufa, por aproximadamente 30 minutos, até ser atingida a temperatura
prevista do ensaio.
75
Figura 6.6 – Resultados dos ensaios de caracterização do material da última camada do núcleo asfáltico da barragem
Foram adotadas as temperaturas de ensaio de 30ºC, 500C, 700C e 900C, inferiores à
temperatura de ebulição da água em condições normais de pressão. Para garantir a
homogeneidade da distribuição das temperaturas, as amostras foram mantidas por um prazo
adicional de 1h na estufa. Em seguida, as amostras foram submetidas a ensaios de
compressão simples em uma prensa tipo Marshall, pois as grandes deformações sofridas
pelas amostras de material betuminoso não são compatíveis com a utilização de prensas
convencionais.
Resultados típicos destes ensaios são mostrados nas Figuras 6.7 a 6.10, para amostras
ensaiadas sob temperaturas de ensaio de 30ºC, 500C, 700C e 900C, respectivamente.
76
0,0
100,0
200,0
300,0
400,0
500,0
600,0
700,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,1
3,6
4,1
5,1
6,1
7,1
8,2
9,2
10,2
Ten
são
(KPa
)
Deformação (%)
Tensão x Deformação - 30�C
AM01 30�C
AM02 30�C
AM03 30�C
Figura 6.7 – Curvas tensão - deformação para amostras sob temperaturas de 30ºC
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
300,0
350,0
400,0
450,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,1
3,6
4,1
5,1
6,1
7,1
8,2
9,2
10,2
Ten
são
(KPa
)
Deformação (%)
Tensão x Deformação - 50��
AM01 50�C
AM02 50�C
AM03 50�C
Figura 6.8 – Curvas tensão - deformação para amostras sob temperaturas de 50ºC
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
300,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
Ten
são
(KPa
)
Deformação (%)
Tensão x Deformação - 70�C
AM01 70�C
AM02 70�C
AM03 70�C
Figura 6.9 – Curvas tensão - deformação para amostras sob temperaturas de 70ºC
77
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
140,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
5,1
6,1
7,1
8,1
9,1
10,1
Ten
são
(KPa
)
Deformação (%)
Tensão x Deformação - 90�C
AM01 90�C
AM02 90�C
AM03 90�C
Figura 6.10 – Curvas tensão - deformação para amostras sob temperaturas de 90ºC
A Figura 6.11 apresenta os resultados comparativos do comportamento tensão-deformação
das amostras ensaiadas sob diferentes temperaturas, em termos das curvas médias obtidas.
Nota-se claramente a dificuldade de definição da tensão máxima de ensaio para as amostras
sob temperaturas de 90ºC (fixada arbitrariamente após cerca de 10 min de ensaio devido às
enormes dificuldades de trabalhabilidade com estas amostras).
0
100
200
300
400
500
600
700
0,0 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5
Ten
são
(KPa
)
Deformação (%)
Tensão x Deformação (Fluência)
Temperatura 90�C
Temperatura 70�C
Temperatura 50�C
Temperatura 30�C
Figura 6.11 – Curvas tensão - deformação médias das amostras ensaiadas
Há uma perda substancial do comportamento tensão - deformação com o incremento das
temperaturas, o que se evidencia sobremaneira com a correlação entre os valores das
resistências não confinadas obtidas para os diferentes ensaios (Figura 6.12).
78
0
100
200
300
400
500
600
700
1 2 3
Res
istê
ncia
à C
ompr
essã
o (K
Pa)
Amostra
Resistencia à Compressão Não Confinada (qu)
Temperatura 90�C
Temperatura 70�C
Temperatura 50�C
Temperatura 30�C
Figura 6.12 – Resultados em termos das resistências à compressão não confinada
Os resultados demonstram a grande influência dos efeitos das variações de temperatura na
estabilidade estrutural de núcleos asfálticos de barragens do tipo BENA. Assim, há que se
ter muito cuidado em relação à metodologia construtiva deste núcleo em estágios, de forma
a garantir realmente uma efetiva dissipação de temperaturas no processo de consolidação
das camadas lançadas. No caso da barragem da UHE Jirau, a limitação do lançamento em
quatro camadas diárias, de 20cm de espessura, foi adotada com base exclusivamente na
experiência da equipe de campo, associada basicamente ao comportamento do rolo
compactador.
Sob temperaturas de referência de 140ºC e considerando o efeito de confinamento imposto
pelas camadas superiores que tendem a reduzir as taxas de dissipação das temperaturas das
camadas previamente lançadas, estas influências devem ser estudadas com bastante critério
e precaução. Assim, recomenda-se expressamente uma avaliação destas influências no
escopo específico de cada projeto, para definição do limite diário de construção do núcleo,
pelos enormes impactos decorrentes sobre a produtividade dos trabalhos.
79
CAPÍTULO 7CCOONNCCLLUUSSÕÕEESS EE SSUUGGEESSTTÕÕEESS DDEE OOUUTTRROOSS EESSTTUUDDOOSS
7.1 – CONCLUSÕES PRINCIPAIS
O comportamento geotécnico do núcleo asfáltico constitui a premissa básica de projeto
de barragens de enrocamento que utilizam esta tecnologia como elemento de vedação
(BENA). Neste contexto, impõe-se estabelecer procedimentos rigorosos de controle em
relação às propriedades tecnológicas do CAP (cimento asfáltico de petróleo), dos
agregados presentes na mistura asfáltica, da transição fina, dos enrocamentos e de suas
correspondentes misturas, bem como das metodologias construtivas associadas ao
lançamento e compactação destas misturas em campo. Entre outros fatores, o controle
da temperatura de disposição da mistura tem impacto direto na eficiência do processo e
na resposta do núcleo como elemento estrutural e de estanqueidade da barragem.
No âmbito da barragem principal da UHE Jirau, estes controles foram aplicados com
bastante critério, e nortearam a adoção de estudos específicos por meio de ensaios e da
implantação de aterros experimentais, particularmente em relação às temperaturas de
lançamento e compactação da mistura asfáltica. Com base numa aferição prévia das
propriedades tecnológicas dos componentes da mistura (CAP e agregados), procedeu-se
à determinação do traço inicial da argamassa asfáltica, compatibilizando aspectos tais
como trabalhabilidade, compactação, impermeabilidade e redução de custos.
Os resultados destes experimentos resultaram na obtenção de um traço com composição
final constituída por quatro diferentes tipos de agregados (brita de 16mm, brita de
11mm e brita de 8mm e areia de 3mm), fíler dolomítico e dos agregados e 6,8%
(porcentagem em peso) de CAP. Este traço foi validado posteriormente para constituir o
material de construção do núcleo asfáltico da UHE Jirau por meio da execução de um
aterro experimental, que incluiu a simulação do processo de lançamento das transições e
a construção de uma laje de concreto para simular o plinto.
80
Diversos procedimentos foram adotados para avaliar a consistência das especificações
técnicas e dos parâmetros de projeto adotados para a avaliação da estabilidade estrutural
da barragem, que incluíram o controle de qualidade da execução do núcleo asfáltico,
dos enrocamentos e das transições.
Esta sistemática de controle era praticada desde as aferições prévias da adequação e
caracterização dos materiais de construção, o que incluía particularmente a garantia de
misturas asfálticas com temperaturas mínimas de 135°C para disposição no núcleo.
Após o lançamento de uma dada camada, uma amostra deformada do material era
coletada ainda quente e levada, então, ao laboratório para a execução dos ensaios para a
determinação da massa seca e submersa e da massa específica máxima (ou massa
específica real) da mistura e estimativa dos respectivos volumes de vazios. O valor
médio dos volumes de vazios foi da ordem de 0,96% e constatou-se uma quase
equivalência entre os valores médios das densidades real e aparente das amostras
ensaiadas, num universo de 1070 amostras ensaiadas.
Após a consolidação, amostras indeformadas da mistura foram retiradas, seccionadas e
ensaiadas para aferir os resultados dos ensaios realizados nas amostras deformadas, de
forma a ratificar ou não os volumes de vazios pré-determinados e para avaliação direta
das condições das interfaces entre diferentes camadas. Os resultados mostraram a
efetividade da metodologia construtiva aplicada ao núcleo asfáltico, uma vez que todas
as subcamadas avaliadas apresentaram volumes de vazios inferiores a 3% (variações
limites entre 0,89% e 1,16%).
Analogamente, parâmetros de controle baseados em parâmetros da granulometria e
densidade dos materiais foram aplicados aos enrocamentos e transições utilizadas na
construção da barragem. Por outro lado, o controle de compactação foi feito mediante a
adoção de um número mínimo de seis passadas do rolo liso vibratório, parâmetro este
obtido com base nas avaliações do comportamento geotécnico das primeiras camadas
lançadas em campo. Constatou-se ainda um ganho significativo da eficiência da
compactação na redução da porosidade da porção superior da camada de base, após o
lançamento das camadas seguintes, o que permitiu inferir a extrapolação destes efeitos
às camadas subjacentes e um efeito cumulativo de enrijecimento global da estrutura.
81
Pela sua influência decisiva em relação às características de fluidez e no processo de
autoadensamento da mistura, a temperatura foi analisada no âmbito da construção do
núcleo asfáltico da barragem da UHE Jirau sob dois diferentes enfoques. No primeiro
caso, buscou-se avaliar a influência da temperatura sobre a trabalhabilidade e densidade
final da mistura por meio da construção de quatro aterros experimentais, utilizando
diferentes temperaturas de lançamento da mistura (140ºC, 130ºC, 110ºC e 100ºC),
considerando ou não a compactação das camadas lançadas.
Na campanha experimental, constatou-se que temperaturas próximas à 120ºC
constituem o limiar que implica o surgimento de efeitos de aderência da mistura
betuminosa aos equipamentos de carga e de espalhamento, comprometendo a fluência e
a trabalhabilidade do material. Entretanto, mesmo sob baixas temperaturas, o material
preservou as suas características autoadensáveis, embora de forma mais lenta que nas
condições especificadas de campo (140ºC).
O máximo valor obtido para o volume de vazios, para todas as amostras coletadas dos
quatro aterros experimentais, foi da ordem de 0,89%, ligeiramente inferior à média
obtida para o núcleo da barragem (0,96%), constatando-se uma tendência geral de
elevação da porosidade da mistura com a redução das temperaturas de lançamento, mais
pronunciada no caso das misturas não compactadas.
A principal conclusão destes resultados, porém, é que, nesta mistura mesmo sob baixas
temperaturas, menores que a especificada em projeto, os volumes de vazios das
misturas mantiveram-se sempre acima do limite inferior prescrito de 3%, ou seja, baixas
temperaturas (até 100ºC) não comprometeram e não constituíram parâmetros inibidores
para o bom desempenho do núcleo asfáltico vedante da barragem principal da UHE
Jirau.
Em abordagem distinta, 30 amostras indeformadas foram extraídas da última camada
lançada do núcleo asfáltico da barragem e aquecidas em banho-maria sob temperaturas
de 30ºC, 500C, 700C e 900C até homogeneização e estabilização das temperaturas
quando, então, foram submetidas a ensaios de compressão simples em uma prensa tipo
Marshall, compatíveis com as grandes deformações previstas.
82
Os resultados demonstraram uma forte influência das variações de temperatura na
estabilidade estrutural de núcleos asfálticos de barragens do tipo BENA, uma vez que
foram verificadas perdas substanciais do comportamento tensão - deformação das
misturas com o incremento das temperaturas. Assim, há que se ter muito cuidado em
relação à metodologia construtiva deste núcleo em estágios, de forma a garantir
realmente uma efetiva dissipação de temperaturas no processo de consolidação das
camadas lançadas.
Em relação à metodologia construtiva propriamente dita do núcleo asfáltico, foram
considerados criteriosamente os principais aspectos e procedimentos de campo, com a
adoção de um rigoroso programa de controle e monitoramento da obra, em suas
diferentes fases de implantação. Ainda assim, problemas diversos impactaram o curso
normal das atividades de campo, particularmente em termos de desalinhamentos do
núcleo, variações dos teores do concreto asfáltico na mistura e lançamento de camadas
com variações de temperatura em relação à prescrita nas especificações técnicas de
projeto. Em todos estes casos, foram adotadas medidas corretivas, destacadas no texto
da dissertação, que se mostraram bastante consistentes.
Problemas mais graves foram detectados na região das cotas mais baixas da fundação da
barragem, devido a surgências de água na superfície da camada lançada e compactada
de núcleo asfáltico. A intervenção adotada consistiu na remoção completa do núcleo
lançado nesta área, até a locação do plinto, complementada por um amplo programa de
injeções profundas (inclusive aditivadas) em toda a extensão do trecho, complementada
por vistorias detalhadas e aplicação de tratamentos específicos locais para a completa
recomposição do novo núcleo nesta região.
7.2 – SUGESTÕES PARA TRABALHOS COMPLEMENTARES
Como temas de pesquisa complementares, no sentido de melhorar ou enfatizar aspectos
específicos das premissas e dos procedimentos construtivos de núcleos asfálticos como
elementos de vedação de barragens de grande porte, com base na experiência do autor
com a implantação de uma estrutura deste tipo na barragem principal da UHE Jirau, são
feitas as seguintes recomendações gerais:
83
• estudo de traços da mistura asfáltica e da utilização de baixas temperaturas na
implantação de núcleos asfálticos, com ênfase nas características de
autoadensamento para misturas ricas em CAP e na eficiência da compactação
das misturas em campo;
• estudos específicos e mais detalhados sobre a influência das taxas de dissipação
das temperaturas entre as diferentes camadas do bloco induzidas e limitadas pelo
confinamento da camada superior recém-lançada;
• estudos específicos para análise das potenciais características de autocicatrização
de núcleos asfálticos;
• estudos específicos para análise dos efeitos de fadiga de núcleos asfálticos
decorrentes das variações das cargas hidráulicas montante / jusante da barragem;
• Estudo da oxidação do CAP no interior do maciço, com o passar do tempo, e sua
influencia na permeabilidade e vida útil da estrutura.
86
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