UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
UNESP - Campus de Bauru/SP
FACULDADE DE ENGENHARIA
Departamento de Engenharia Civil
2151 – CONCRETOS ESPECIAIS
CONCRETO MASSA CONVENCIONAL E
COMPACTADO COM ROLO PARA
BARRAGENS
Prof. Dr. PAULO SÉRGIO DOS SANTOS BASTOS
(wwwp.feb.unesp.br/pbastos)
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CONCRETO MASSA CONVENCIONAL E
COMPACTADO COM ROLO PARA BARRAGENS
Selmo Chapira Kuperman, Concreto massa
convencional e compactado com rolo para
barragens. Concreto, Ensino, Pesquisa e
Realizações, São Paulo, Ed. Geraldo
Cechella Isaia, IBRACON, 2005, pp.12591295.
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CONCRETO MASSA CONVENCIONAL E
COMPACTADO COM ROLO PARA
BARRAGENS
INTRODUÇÃO
Histórico
Definição de Concreto Massa: aquele
que, ao ser aplicado numa estrutura,
requer a tomada de precauções que
evitem fissurações derivadas de seu
comportamento térmico.
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Precauções:
- refinar proporções dos materiais;
- proteger fôrmas e superfícies expostas;
- utilizar agregados com propriedades
térmicas adequadas;
- pré-esfriar os materiais constituintes do
concreto, utilizar gelo;
- colocar o concreto em vários níveis.
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Histórico
Primeiras aplicações do concreto massa
em barragens (de gravidade) brasileiras,
no início do século XX.
Consumo:
Até 1950: 1 milhão m3
50 a 60: + 2 milhões m3
Anos 60: + 7 milhões m3
Anos 70: + 23 milhões m3
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Histórico
Itaipu: 750 m3/h
Tucuruí: 500 m3/h
Até 1980: empregava a metodologia do
concreto convencional aplicada ao comcreto massa para barragens, com
trabalhabilidade e consistência adequadas e adensamento com vibradores de
imersão.
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Concreto massa - Itaipu
http://ademaraigner.blogspot.com.br/2009/01/histriacultura-3.html
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Concreto massa - Tucuruí
http://www.ebanataw.com.br/roberto/concreto/conc10.htm
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Histórico
1986: primeira barragem construída com
“concreto compactado com rolo” – CCR
(135 mil m3 em 110 dias). Testes desde
1976, em partes de barragens.
CCR: concreto de consistência seca que,
no estado fresco pode ser produzido,
transportado, lançado (espalhado) e
compactado com equipamentos empregados em serviços de terraplanagem.
Barragens: uma camada imediatamente
sobre a anterior.
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Histórico
350 barragens construídas no mundo
com CCR (50 no Brasil).
CCR proporciona rapidez construtiva e
economia.
Diferenças entre “concreto massa comvencional” e CCR: consistência e método
de adensamento.
CMC: vibradores de imersão;
CCR: passagem de rolo compactador.
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CCR - Barragem
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CCR - Barragem
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CCR - Barragem
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CCR - Barragem
http://berimbaunoticias.blogspot.com.br/2011/03/foi-lancada-ha-poucos-dias-ultima-carga.html
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CCR - Barragem
http://www.infraestruturaurbana.com.br/solucoes-tecnicas/13/artigo254506-3.asp
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CCR - Barragem
http://www.infraestruturaurbana.com.br/solucoes-tecnicas/13/artigo254506-3.asp
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Concreto massa refrigerado
http://www.cimentoitambe.com.br/massa-cinzenta/tecnologia-reduz-tempo-deconstrucao-de-usinas/
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CCR - Pavimentação
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CCR - Pavimentação
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CCR - Pavimentação
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CCR - Pavimentação
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CCR - Pavimentação
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CCR - Pavimentação
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CCR - Pavimentação
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CONDICIONANTES
Tipo de concreto massa numa barragem
depende das necessidade de projeto e
tensões atuantes.
Barramento (barragem de gravidade)
com alturas < 80 m.
- Ilha Solteira: 10 a 15 MPa aos 180 dias,
com 63 kg/m3 de cimento e 21 kg/m3 de
pozolana;
- Itaipu: idades de controle de 90 a 360
dias, de 10 MPa (90 kg/m3 de cimento) a
21 MPa.
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Concreto massa – Ilha Solteira
http://energiainteligenteufjf.com/tag/hidreletrica/page/2/
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CONDICIONANTES
Resistências baixas com objetivo de
reduzir o consumo de cimento, para:
minimizar as tensões de origem térmica,
reduzir reações álcalis/agregados e reduzir custos.
Outros condicionantes: variações ambientais, alturas de camadas, velocidades
de lançamento, temperaturas de lançamento, espaçamento de juntas de
contração entre blocos da barragem.
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Reação álcalis-agregado (RAA): é um processo
químico onde constituintes mineralógicos do
agregado reagem com hidróxidos alcalinos
(provenientes do cimento, água, agregados,
pozolanas, etc.) que estão dissolvidos na
solução dos poros do concreto. Como produto
da reação forma-se um gel higroscópico
expansivo. A manifestação da reação álcalisagregado pode se dar de várias formas, desde
expansões, movimentações diferenciais nas
estruturas e fissurações até pipocamentos.
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Reação álcalis-agregado
http://www.consultoriaeanalise.com/2011/11/reacoes-alcali-agregado.html
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Reação álcalis-agregado
http://reconpoxi.goldenbiz.com.br/
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MATERIAIS - Cimentos
Todos tipos podem ser utilizados em
concretos massa.
Preferência pelos cimentos de baixo calor
de hidratação (CP IV - Pozolânico) ou de
escória de alto forno (CP III – Alto
forno).
É comum substituição de parte do
cimento por pozolana.
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CP III – Alto forno (com escória):
Apresenta maior impermeabilidade e durabilidade,
além de baixo calor de hidratação, assim como
alta resistência à expansão devido à reação álcaliagregado, além de ser resistente a sulfatos. É um
cimento que pode ter aplicação geral em ... mas é
particularmente vantajoso em obras de concretomassa, tais como barragens, peças de grandes
dimensões, fundações de máquinas, pilares, obras
em ambientes agressivos, tubos e canaletas para
condução de líquidos agressivos, esgotos e
efluentes industriais, concretos com agregados
reativos, pilares de pontes ou obras submersas,
pavimentação de estradas e pistas de aeroportos. 32
CP III – Alto forno
A adição de escória de alto-forno confere maior impermeabilidade e
durabilidade ao concreto, além de reduzir o calor de reação e
proporcionar maior resistência química ao produto. É
particularmente vantajoso em obras de barragens, peças de
grandes dimensões, fundações de máquinas, pilares, obras em
ambientes agressivos, tubos e canaletas para condução de líquidos
agressivos, esgotos e efluentes industriais.
http://www.equipedeobra.com.br/construcaoreforma/34/artigo211891-1.asp
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CP IV – Pozolânico:
Para obras correntes, sob a forma de argamassa,
concreto simples, armado e protendido, elementos
pré-moldados e artefatos de cimento. É
especialmente indicado em obras expostas à ação
de água corrente e ambientes agressivos. O
concreto feito com este produto se torna mais
impermeável,
mais
durável,
apresentando
resistência mecânica à compressão superior à do
concreto feito com Cimento Portland Comum, a
idades avançadas. Apresenta características
particulares que favorecem sua aplicação em
casos de grande volume de concreto devido ao
baixo calor de hidratação.
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CP IV – Pozolânico
Com adição de pozolanas (cinzas volantes), é indicado para
argamassas, concretos simples, armado e protendido, elementos
pré-moldados e artefatos de cimento, além de obras expostas à ação
de água e ambientes agressivos. Em casos de grande volume de
concreto também oferece baixo calor de reação.
http://www.equipedeobra.com.br/construcaoreforma/34/artigo211891-1.asp
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MATERIAIS - Agregados
Pode atingir 90 % do volume total do
concreto massa.
Agregados para concreto massa convencional
Vantajosa a adoção de faixas granulométricas diferentes das indicadas na NBR
7211/05 (“Agregado para concreto – Especificação”).
Utilização de agregados com dmáx de até
152 mm.
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MATERIAIS – Agregados para concreto
massa convencional
Mistura de 19, 38, 76 e 152 mm.
Vantagens econômicas: 25, 50 e 100
mm.
Motivo: economia de cimento devido à
diminuição de vazios para uma distribuição granulométrica adequada.
Agregados graúdos: devem possuir massa específica adequada (2,65 t/m3 em
média) e baixa absorção.
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MATERIAIS – Agregados para concreto
massa convencional
Agregados miúdos: composições granulométricas visando melhores características dos concretos com menor consumo
de cimento.
Em barragens, utilização de misturas dos
agregados naturais e de britagem (das
rochas escavadas).
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MATERIAIS - Agregados para concreto
massa convencional
Cuidados especiais com a reação álcaliagregado (RAA). Todos os agregados são
reativos, até que se prove o contrário.
Uso de materiais pozolânicos (pozolanas,
sílica ativa) podem neutralizar a reação.
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MATERIAIS – Agregados para CCR
Agregados que não atendem especificações podem ser aplicados com sucesso.
Utilização de materiais próximos à obra.
Dmáx = 38, 50 mm.
No caso de barragens de gravidade,
busca-se a máxima massa específica,
com o menor volume de vazios possível.
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MATERIAIS - Agregados para CCR
Utilização de finos para preencher vazios,
reduzir
permeabilidade,
aumentar
coesão, e melhorar concreto endurecido.
Exemplos: material pulverulento, material pulverizado artificialmente, materiais
pozolânicos, escória alto-forno moída,
silte.
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Pozolana:
Pozolanas são substâncias naturais ou
artificiais de composição essencialmente
silicosa ou sílico-aluminosa que, por si sós,
não possuem atividade hidráulica, mas
quando finamente moídas reagem com o
hidróxido de cálcio na presença de umidade e
à
temperatura
ambiente
para
formar
compostos com propriedades ligantes (NBR
12.653/1992).
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Escória de alto-forno:
“Resíduo não metálico da produção de ferro gusa.
Quando resfriada bruscamente (granulada) possui
propriedades aglomerantes.”
http://www.danieli-corus.com/po/iron-granulation.php
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“A escória líquida é transportada para os
granuladores, que são equipamentos onde ela é
resfriada bruscamente por meio de jatos de água
sob alta pressão. Não havendo tempo suficiente
para formação de cristais, essa escória se granula
"vitrificando" e recebe o nome de Escória Granulada
de Alto-Forno.”
http://www.cst.com.br/produtos/co_produtos/catalogo_produtos/escoria_forno/escoria_granulada.asp
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“A Escória Granulada de Alto-Forno apresenta-se,
macroscopicamente, com um aspecto de uma areia
grossa, porosa, de fratura vítrea observada com
lupa, com um tamanho máximo do grão, de 5 mm,
cor branca amarelada e marrom. A escória bem
granulada é essencialmente amorfa.
A característica mais importante da Escória
Granulada de Alto-Forno é sua capacidade
hidráulica potencial, que permite que, quando moída
e em contato com a água, ela endureça
(propriedade cimentante), podendo
substituir o
clínquer, material utilizado tradicionalmente
na
fabricação de cimentos compostos.”
http://www.cst.com.br/produtos/co_produtos/catalogo_produtos/escoria_forno/escoria_granulada.asp
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MATERIAIS - Adições
Materiais pozolânicos: cinza volante,
pozolanas artificiais (argila calcinada
moída), escória alto-forno moída, metacaulim, sílica ativa.
Cinza volante: “material finamente
particulado proveniente da queima de
carvão pulverizado em usinas termoelétricas, com o objetivo de gerar energia”.
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Cinza volante:
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MATERIAIS - Adições
Cinzas volantes: Itaipu (10 a 22 %),
Itumbiara (15 a 30 %).
Utilização de cimentos pozolânicos
eliminou aplicação desses materiais na
betoneira.
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MATERIAIS - Aditivos
Concreto massa: incorporadores de ar,
redutores de água e retardadores de
pega.
Para: garantir boa trabalhabilidade,
reduzir quantidade de água e cimento.
CCR: retardador de pega, para camada
inferior receber camada superior, visando garantir aderência entre ambas.
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PRODUÇÃO, TRANSPORTE E
LANÇAMENTO
Concreto Massa Convencional
Controle eficiente das dosagens.
Existência de silos, balanças, etc.
Pode ser fornecido por empresas ou pela
central instalada no canteiro de obras.
Dimensionar o número de betoneiras em
função do tempo de mistura, carga,
descarga e cronograma construtivo.
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PRODUÇÃO, TRANSPORTE E
LANÇAMENTO
Concreto Massa Convencional
A betoneira é função do concreto,
principalmente dmáx do agregado.
Tempo máximo de transporte: 45 min,
para não ocorrer perda de trabalhabilidade.
Tipos: caçambas, caminhões, monovias,
etc.
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PRODUÇÃO, TRANSPORTE E
LANÇAMENTO
CCR
A capacidade de produção e transporte
limita a execução.
Sem aditivo retardador de pega: lançamento em 15 min, espalhamento em 15
min, compactação em 15 min.
Existem equipamentos para produzir,
transportar e lançar mais de 500 m3/h.
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ADENSAMENTO
Concreto massa convencional: uso de
vibradores de imersão, com diâmetro
variável de 90 mm a 150 mm. Visa
assegurar melhor qualidade e estanqueidade do concreto. Deve “costurar” as
camadas.
CCR: sucessivas passagens de rolo
vibratório. Depende da altura da camada
e da consistência do concreto. Necessário fazer ensaios prévios reais para
definir número de passadas (vibratório
ou estático).
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CURA
É fundamental para se atingir a
qualidade esperada para o concreto.
Alta área de contato com ar favorece
evaporação e retração por secagem,
podendo prejudicar a aderência entre
camadas sucessivas.
Aplicar água para a cura (diversas
formas possíveis).
Iniciar com o concreto rijo, máximo de
dias possíveis (21 dias).
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REFRIGERAÇÃO DO CONCRETO
Sistemas para concreto massa: préresfriamento e pós-resfriamento.
Pré-resfriamento: refrigeração dos agregados graúdos, água gelada e escamas
de gelo.
Estudos de tensões de origem térmica
para definir nível de refrigeração. Níveis
diferentes nas barragens brasileiras.
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REFRIGERAÇÃO DO CONCRETO
Para concreto massa com 7 graus:
refrigerar agregados graúdos, uso de
gelo em escamas e água gelada.
Sem agregados refrigerados: 16, 18
graus.
Ajuda evitar fissuras devido à temperatura, e possibilita a redução do cimento:
0,3 % para cada grau.
CCR não se faz refrigeração devido baixo
consumo de cimento (80 kg/m3).
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CAMADAS DE CONCRETAGEM
Camadas de concreto massa: juntas de
concretagem.
Devem ser tratadas para garantir impermeabilidade e aderência.
Remoção criteriosa da película de
exsudação é fundamental.
Para concretos não refrigerados camadas
com 1 m espessura máxima, e 2,5 m
para refrigerados, com subcamadas de
50 cm (para possibilitar penetr. agulha).
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CAMADAS DE CONCRETAGEM
Intervalos de lançamento variável de 5 a
15 dias.
Tratamento das juntas: jato de água com
alta pressão (40 MPa), “corte verde” –
jateamento com água a baixa pressão (7
MPa) na superfície após o fim da pega.
Argamassa de ligação só quando nada
for feito.
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CAMADAS DE CONCRETAGEM
CCR: poderia ter camadas contínuas,
sem interrupções.
No Brasil, camadas de 30 cm até atingir
2 a 2,5 m (altura da fôrma). Novas
camadas após 3 a 7 dias.
Ênfase na limpeza e preparação das
juntas (ponto fraco da estrutura).
Comum lançamento de argamassa com 2
cm de espessura; pode também camada
de concreto (“concreto de berço”) ou
calda de cimento.
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JUNTAS DE CONTRAÇÃO
As barragens de concreto são separadas
em blocos por juntas de contração.
Visa controlar as alterações dimensionais
causadas pelas variações térmicas dos
concretos (restringidas pela aderência da
estrutura às fundações).
Dimensões dos blocos entre 15 e 40 m,
sendo 20 e 30 m a maioria, tanto para
concreto massa convencional quanto
CCR.
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JUNTAS DE CONTRAÇÃO
Juntas de contração: uso de plástico (no
CCR), madeira, própria fôrma (delimita
os blocos de CMC).
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CONTROLE DE QUALIDADE
É fundamental devido aos grandes
volumes de concreto lançados (2.000 a
15.000 m3/dia).
Verificações rotineiras seguindo padrões
pré-estabelecidos para cada obra. Todas
as fases, desde os materiais até o
acabamento do concreto massa.
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OBRAS EMBLEMÁTICAS
Usina de Ilha Solteira
Usina de Itaipu
Usina de Tucuruí
Barragem Saco de Nova Olinda
Barragem do Jordão
Usina de Lajeado
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