Avaliação do Efeito Degradante da Água nos Ensaios de Cántabro
em uma Mistura de Concreto Asfáltico para Aplicação em
Barragem
Charles Silva de Aguiar, Paulo Roberto Farias Falcão, Alexandre Gil Batista Medeiros
Laboratório de Engenharia Rodoviária (LER), CEFTRU/UnB, Brasília, Distrito Federal.
RESUMO: O presente trabalho apresenta os resultados de ensaios de desgaste Cântabro em uma mistura de
concreto betuminoso usinado a quente (CBUQ) projetada para apliação em Barragens. A mistura foi
confeccionada utilizando como ligante o CAP 20, sendo dosadas para três teores de ligante e utilizando como
agregado mineral uma brita de origem granítica oriunda da britagem do enrocamento da barragem de Serra
da Mesa. Para todos os teores estudados foram realizados ensaios de desgaste Cántabro em condições secas e
úmidas. Os valores de desgaste Cántabro para todos os teores ensaiados nas condições seca e úmida
apresentaram-se bastante baixos sugerindo um bom desempenho da mistura projetada.
PALAVRAS-CHAVE: CBUQ, Barragens, Cântabro Seco, Cântabro Úmido.
1
INTRODUÇÃO
A principal fonte geradora de energia do Brasil
ao longo dos anos tem sido de natureza
hidrelétrica. Sendo um país de dimensões
continentais, o Brasil, possui uma variedade
enorme
de
condições
de
fundações,
conformidades de vales e diferentes tipos de
agregados que podem ser utilizados na
construção de Barragens.
Esta realidade possibilita a opção de
diferentes soluções de projeto que podem ser
técnica e economicamente viáveis na
construção
de
novos
empreendimentos
hidrelétricos.
Uma opção que ainda não tem sido adotada
no âmbito nacional tem sido a utilização de
misturas asfálticas como único elemento de
vedação em barragens de terra ou enrocamento.
Entretanto, o uso de misturas betuminosas em
barragens tem sido prática corrente em muitos
países europeus, principalmente na Alemanha,
Noruega, Itália, além de Japão, Estados Unidos,
Africa do Sul e outros. A mistura que tem sido
utilizada é um concreto betuminoso aplicado
externamente, na face de montante, ou como
núcleo interno de barragens de terra ou de
enrocamento.
O uso de misturas asfálticas para aplicação
em barragens teve inicio na década de 1930 na
Alemanha onde foram executadas as primeiras
lajes asfálticas. A eficiêcia deste tipo de solução
serviu de incentivo para o projeto e construção
de diversas outras barragens deste tipo na
Alemanha e no mundo. Em 1962, foi construída
a barragem Duhn Outer, na Alemanha, sendo
esta a primeira barragem que utilizava um
núcleo de concreto asfáltico como único
elemento de vedação. A Noruega também
acumulou grande experiência na construção de
barragens com núcleo de concreto asfáltico,
sendo lá construída o mais alto núcleo de
concreto asfáltico do mundo, a barragem
Storglovant com 125 m de altura.
Apesar de existir uma grande quantidade de
referências sobre pesquisas sobre o assunto no
exterior, muitos dos ensaios executados em
misturas asfálticas para a utilização em
barragens tem sido realizado a temperaturas
muito baixas, variando entre 5 e 10 ºC (Weibiao
& Hoeg 2002 e Lorh & Feiner 1970). Esta faixa
de valores não representa as temperaturas
usuais em países de clima tropical como o
Brasil.
O potencial de aplicação deste tipo de
solução, dentro do contexto nacional, serviu de
motivação para um projeto financiado pela
ANEEL coordenado por Furnas Centrais
Elétricas SA em parceria com a Universidade
de Brasília, o qual result
ou
no
desenvolvimento das primeiras pesquisas no
âmbito nacional a cerca do assunto (Falcão
2003 e Jacinto 2005).
Apesar do projeto Furnas x UnB ter
legalmente chegado ao final ainda em 2005, os
trabalhos supracitados não conseguiram esgotar
a necessidade de maiores aprofundamentos a
cerca do assunto. Assim, as pesquisas tiveram
continuidade e atualmente vem sendo realizadas
no seio da Universidade de Brasília.
Os ensaios apresentados no presente artigo
foram realizados no Laboratório de Engenharia
Rodoviária (LER) do CEFTRU/UnB e tiveram
como objetivo avaliar o grau de degradação
devido a ação da água em uma mistura de
concreto asfáltico projetada para aplicação em
barragens.
2
MATERIAIS E MÉTODOS
2.1
Materiais Utilizados
O agregado mineral utilizado para compor o as
misturas analisadas foi uma brita de origem
granítica proveniente da britagem do
enrocamento da barragem de Serra da Mesa. O
agregado foi britado de forma a atender as
quantidades necessárias para a correta
composição granulométrica de acordo com a
proposição de Fuller e Tompson
Foram realizados ensaios para determinação
de adesividade, absorção, porosidade, abrasão
Los Angeles e massa específica real dos grãos
segundo as normas vigentes para aplicações
rodoviárias. Vale ressaltar que a solicitação de
carregamento e a agressão física e química
sofridas por misturas asfálticas para aplicação
em barragens é diferente da situação ocorrida
em um pavimento rodoviário sendo, portanto,
necessário uma maior atenção e flexibilidade
quando da análise dos resultados dos ensaios
supracitados e suas respectivas restrições.
2.2
Dosagem da Mistura
Varias publicações internacionais recomendam
a utilização da curva granulométrica para
misturas densas proposta por Fuller (Equação
1), de forma a obter uma mistura impermeável o
bastante para utilização como elemento de
vedação em estruturas hidráulicas.
Misturas enquadradas dentro dos limites da
curva de Fuller, com a adição de uma
percentagem de filer (finos) tem como principal
característica o baixo teor percentual de volume
de vazios, sendo um valor menor que 3%
indicado como um percentual adequado para
aplicação de concretos asfálticos como
elemento impermeabilizante em estruturas
hidráulicas como constatado em (Höeg 1993 e
Saxegaard 2000).
O diâmetro máximo do agregado utilizado
para compor as misturas ensaiadas no presente
trabalho foi de 19 mm. A partir deste valor
calculou-se a curva granulométrica de modo a
atender às imposições da curva de Fuller. Vale
ressaltar que o diâmetro máximo adotado na
pesquisa (19 mm) é um pouco superior aos
valores de 16 e 18 mm, recomendados em
Strabag (1990) e Höeg (1993).
n
⎛ d ⎞
Pi = ⎜ i ⎟ × 100%
⎝ Dmax ⎠
(1)
Onde: Pi : Porcentagem em peso menor que o
tamanho equivalente dos grãos de dimensão di .
Dmax : Tamanho nominal máximo dos grãos e
n : Geralmente sugerido com o valor de 0,41
para aplicação em estruturas hidráulicas
(Hoeg ,1993).
A dosagem da mistura foi realizada
empregando a metodologia Marshall, seguindo
as recomendações da norma rodoviária NBR
12891 - Dosagem de Misturas pelo Método
Marshall (ABNT 1993), no que diz respeito às
condições de temperatura e energia de
compactação das misturas, temperaturas de
compactação do ligante e agregado. A
temperatura de compactação dos corpos de
prova foi estabelecida como sendo 150 ºC,
baseada em experiências anteriores (Falcão et al
2006).
Para a execução deste procedimento foi
utilizado um compactador mecânico automático
sendo aplicada uma energia de compactação de
75 golpes em cada face do corpo de prova (CP).
Os teores de betume inicialmente adotados
foram de 4,5, 5,0 e 5,5%, sendo estes não
distantes de valores usualmente adotados em
projetos de misturas de concreto asfáltico para
aplicação em barragens (Höeg, 1993).
A influência da água sobre a durabilidade
das misturas ensaiadas foi avaliada realizando-
se ensaios de desgaste Cántabro em condições Tabela 2. Caracterização dos Agregados Minerais.
Resultados
seca e úmida para todos os teores de betume
Ensaio
Método
Granito
utilizados.
Abrasão Los
NBR - 6465/84
22%
Para cada ensaio realizado foram utilizados 3 Ângeles (%)
corpos de prova conforme apresentado na Absorção (%)
NBR – 9937/87
0,6
Tabela 1.
Porosidade (%)
NBR – 12766/92
1,7
Os corpos de prova para o ensaio na
condição úmida foram submetidos à aplicação
de banho maria na temperatura de 60 °C por 24
horas. Após este período, a temperatura foi
reduzida para 25 °C, assim permanecendo por 2
horas antes da realização dos ensaios. O grupo
de corpos-de-prova para os ensaios na condição
seca teve sua temperatura mantida a 25 ºC em
estufa por um período de 2 horas antes da
realização dos ensaios.
O ensaio Cántabro foi realizado segundo o
procedimento prescrito pela norma DNER
383/1999 e permite avaliar o desgaste por
abrasão sofrido por um corpo-de-prova
“Marshall” de uma mistura betuminosa quando
o mesmo é submetido a trezentas rotações no
interior da máquina “Los Angeles”, desprovida
das esferas de aço e girando a uma velocidade
de 30 a 33 rpm. O desgaste Cántabro é definido
pela razão entre a diferença de peso inicial e o
peso final do corpo-de-prova depois de
executadas às rotações sobre o peso inicial do
corpo-de-prova. Para cada teor foram ensaiados
três corpos-de-prova sendo o valor de desgaste
obtido pela média dos três valores.
3
RESULTADOS OBTIDOS
A Tabela 2 apresenta os resultados dos ensaios
realizados no agregado mineral utilizado para
compor a mistura ensaiada.
Os resultados do ensaio de abrasão Los
Angeles para ambos os agregados utilizados se
encontram abaixo do limite de 50%
estabelecido pela NBR 7211.
Densidade dos
grãos
Adesividade
com CAP 20
NBR - 9937/87
2,673
DNER ME 078/94
Insatisfatório
A Tabela 3 apresenta o resultado dos ensaios
realizados no CAP 20.
Tabela 3. Ensaios no Ligante
Ensaio
Viscosidade (190 °c)
Anel e Bola
Recuperação Elástica
CAP 20
47 cPoise
49,8 °C
9,5 %
A Figura 1 apresenta a média aritmética dos
parâmetros volumétricos dos corpos-de-prova
da mistura ensaiada.
Parâmetros Volumétricos
85,6%
Valores Médios
Tabela 1- Quantidade de corpos-de-prova moldados para
cada mistura.
Teor
Desgaste. Cántabro
Ligante
Seco
Úmido
4,5%
3
3
5,0%
3
3
5,5%
3
3
50,0%
40,0%
30,0%
20,0%
10,0%
0,0%
87,4%
78,3%
90,0%
80,0%
70,0%
60,0%
% Vazios
V.A.M
13,8%
3,0%
4,5%
14,1%
2,0%
5,0%
15,0%
R.B.V.
1,9%
5,5%
Teor de Betume
Figura 1. Média dos parâmetros volumétricos da mistura.
Um critério bastante utilizado avaliar o
potencial de aplicação de misturas de concreto
asfáltico em estruturas hidráulicas é baseado na
análise do volume de vazios (Vv) dos corpos de
prova para cada teor de betume ensaiado. São
considerados como teores potenciais para os
ensaios mecânicos e hidráulicos, todos aqueles
que forneceram corpos de prova com valores de
Vv inferiores a 3%.
Como pode ser verificado na Figura 1, todos
os teores ensaiados apresentaram, em média,
Vv inferiores a 3%, o que torna qualquer um
destes potencialmente aplicáveis, sendo,
portanto, necessários outros ensaios para a
determinção de um teor ótimo para a mistura.
É importante observar que apesar de várias
recomendações de publicações estrangeiras
sobre o valor restritivo do Vv inferior a 3%,
ensaios de permeabilidade em corpos de prova
de concreto asfáltico utilizando agregado
mineral micaxisto e CAP 20 apresentados por
Falcão (2003), mostram que misturas que foram
moldadas com valores em torno de 3,5% de Vv
também
forneceram
coeficientes
de
permeabilidade compatíveis com o mínimo
sugerido para aplicação em estruturas
hidráulicas.
A Figura 2 apresenta a média aritmética dos
resultados do ensaio Cántabro para os corposde-prova na condição seca e úmida para a
mistura ensaiada. Pode-se observar que não
houve aumento significativo do desgaste
Cántabro da condicação seca para a condição
úmida para o grupo de corpos de prova nos
teores de 5,0 e 5,5% de betume, entretanto, para
o teor de 4,5%, houve uma maior de desgaste
do grupo de corpos de prova que foram
submetidos ao banho maria. Em valores
absolutos, pode-se dizer que os valores de
desgaste para ambas as condições foi bastante
pequeno, sugerindo um bom desempenho para a
mistura nos teores ensaiados.
Desgsate da Mistura Asfáltica - Ensaio Cantabro
Desgaste Médio (%)
14,0%
12,0%
10,0%
8,0%
6,0%
Úmido
4,0%
Seco
2,0%
0,0%
4,5%
5,0%
5,5%
Teor de Betume
Figura 2. Desgaste Cântaro para as condições Secas e
Úmidas.
4
CONCLUSÕES
Os valores de desgaste Cántabro para todos os
teores ensaiados nas condições seca e úmida
apresentaram-se bastante baixos. Isto sugere um
bom desempenho da mistura que já apresentava
um volume de vazios menor que 3% já para o
teor de betume de 4,5%.
É importante ressaltar que apesar dos baixos
valores de desgaste para as condições secas e
úmidas,
os autores sugerem um maior
aprofundamento do estudo realizado por meio
da execução do outros ensaios utilizando a
aplicação água sob pressão na fase de
condicionamento dos corpos de prova para o
ensaio de Cántabro úmido, garantindo a total
saturação dos mesmo.
Serão realizados ainda ensaios de Resitência
a Tração nas condições seca e úmida. Além da
utilização de mais dois tipos de agregados
minerais (Micaxisto e Calcário).
AGRADECIMENTOS
Agradecemos ao Laborátorio de Engenharia
Rodoviária (LER) do CEFTRU/UnB pela
disponibilidade
dos
equipamentos
para
execução dos ensaios.
REFERÊNCIAS
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de Mestrado, Depto de Engenharia Civil e Ambiental
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Porosos Aplicação de Misturas Asfálticas em
Barragens de Terra e Enrocamento. 37 Reunião Anual
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Hoeg, K. (1993). Asphaltic Concrete Core for
Embankment Dams. StikkaTrykk, Norway 88 p.
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reservoirs. X International Congress on Large Dams,
ICOLD, Canada, Q36 R39: 661 – 678.
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Strabag (1990) – Asphaltic Concrete Cores for Earth and
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n° 45, German, 150 p.
Weibiao, W. & Höeg, K. (2002). Effects of compaction
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hydraulic structure. International Journal of
Hydropower & Dams Construction, 6: 63-70.