SILVIA FRAZÃO MATOS
AVALIAÇÃO DE INSTRUMENTOS PARA AUSCULTAÇÃO DE
BARRAGEM DE CONCRETO. ESTUDO DE CASO:
DEFORMÍMETROS E TENSÔMETROS PARA CONCRETO NA
BARRAGEM DE ITAIPU
Dissertação apresentada como requisito
à obtenção de grau de Mestre. Curso de
Pós-graduação em Engenharia Civil –
Ênfase
em
Construção
Civil,
Universidade Federal do Paraná.
Orientador: Profº Dr Carlos Aurélio
Nadal
CURITIBA
2002
Ao meu pai, mãe, irmão, cunhada e aos amigos,
fontes da minha inspiração...
AGRADECIMENTOS
A Itaipu Binacional que abriu suas portas para este mestrado inovador e para
a realização deste trabalho.
A toda a equipe do Laboratório de Concreto da Itaipu Binacional pelo
suporte prestado e a amizade. Em especial aos técnicos Antonio Salm, por ter ajudado
minha pesquisa, abrindo os instrumentos do estudo e José de Sousa Porto pelo auxílio
com os gráficos, dados e arquivo relativos aos instrumentos.
Aos colegas de mestrado pelo companheirismo, em especial aos colegas
Evangelista Caetano Porto, Cláudio Issamy Osako e Ademar Sergio Fiorini.
A Soeli e Maristela pela disposição e alegria no atendimento na secretaria do
curso de pós-graduação.
i
SUMÁRIO
LISTA DE ILUSTRAÇÃO............................................................................
LISTA DE TABELAS....................................................................................
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS...................................................
ABSTRACT.....................................................................................................
RESUMO.........................................................................................................
1.0 – INTRODUÇÃO......................................................................................
2.0 - SEGURANÇA ESTRUTURAL DE UMA BARRAGEM DE
CONCRETO.....................................................................................
2.1 – GENERALIDADES................................................................................
2.2 – SISTEMAS DE INSTRUMENTAÇÃO DE UMA BARRAGEM DE
CONCRETO.......................................................................................
2.2.1 – Instrumentação da estrutura..................................................................
2.2.2 – Grandezas monitoradas devido ao tipo de barragem de concreto........
2.3 – FREQUÊNCIA DE LEITURA DOS INSTRUMENTOS DE
AUSCULTAÇÃO..............................................................................
2.4 – AQUISIÇÃO, PROCESSAMENTO E APRESENTAÇÃO...................
3.0 – INSTRUMENTOS ESTUDADOS.......................................................
3.1 – DEFORMÍMETROS PARA CONCRETO OU DEFORMÍMETROS...
3.1.1 – Generalidades.......................................................................................
3.1.2 – Características técnicas.........................................................................
3.1.3 – Componentes........................................................................................
3.1.4 – Instalação .............................................................................................
3.1.5 – Descrição de funcionamento.................................................................
3.1.6 – Determinação da temperatura...............................................................
3.1.7 – Calibração.............................................................................................
3.1.7.1 – Obtenção da constante de calibragem “f”..........................................
3.1.7.2 – Obtenção da constante de temperatura “b”.......................................
3.1.7.3 – Determinação da constante de correção “b”......................................
3.1.8 – Emendas no cabo..................................................................................
3.1.8.1 – Emendas usando fita auto-fusiva.......................................................
3.1.8.2 – Emendas usando resina epoxídica.....................................................
3.1.9 – Caixa atensorial....................................................................................
3.1.9.1 – Introdução..........................................................................................
3.1.9.2 – Instalação...........................................................................................
3.1.10 – Programa de leitura.............................................................................
3.1.11 - Cálculo da origem dos medidores de deformação..............................
3.2 – TENSÔMETRO PARA CONCRETO....................................................
3.2.1 – Características técnicas.........................................................................
3.2.2 – Componentes........................................................................................
3.2.3 – Instalação..............................................................................................
3.2.3.1 – Medidor no plano horizontal.............................................................
3.2.3.2 – Medidor no plano inclinado...............................................................
3.2.4 – Princípio de funcionamento..................................................................
3.2.5 – Anormalidades eventuais e suas causas................................................
4.0 – EXPERIMENTOS EM ITAIPU..........................................................
4.1 – EXPERIMENTOS REALIZADOS EM LABORATÓRIO....................
4.1.1 – Generalidades.....................................................................................
iii
v
vi
vii
viii
01
03
03
06
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55
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57
58
59
59
ii
4.1.3 – Experimento no laboratório de Itaipu...................................................
4.2 – AVALIAÇÃO COMPARATIVA ENTRE TENSÔMETROS E
DEFORMÍMETROS..........................................................................
4.3 – EXPERIMENTOS PROPOSTOS...........................................................
4.3.1 – Desempenho de tensômetros para concreto de modelos diferentes......
4.3.2 – Desempenho das rosetas de deformímetros de modelos diferentes......
4.3.2.1 – Análise da temperatura......................................................................
4.3.2.2 – Análise das tensões............................................................................
4.2.2.3 – Análise dos componentes internos dos deformímetros.....................
5.0 – CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES............................................
5.1 - QUANTO A TEMPERATURA...............................................................
5.2 - QUANTO AO FUNCIONAMENTO......................................................
5.3 - QUANTO AO TEMPO DE FUNCIONAMENTO..................................
5.4 - RECOMENDAÇÕES..............................................................................
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS..........................................................
BIBLIOGRAFIA............................................................................................
ANEXO 01: GRAFICO 07: INSTRUMENTOS DANIFICADOS DE
AMBOS OS MODELOS..........................................................
ANEXO 02: GRAFICO 08: TENSÕES MEDIDAS PELA ROSETA DO
MODELO A-10, RD A 01........................................................
ANEXO 03: GRAFICO 09: TENSÕES MEDIDAS PELA ROSETA DO
MODELO A-10, RD F 01.........................................................
ANEXO 04: GRAFICO 10: TENSÕES MEDIDAS PELA ROSETA DO
MODELO M-10, RD A 02.......................................................
ANEXO 05: GRAFICO 11: TENSÕES MEDIDAS PELA ROSETA DO
MODELO M-10, RD A 03.......................................................
ANEXO 06: GRAFICO 12: TENSÕES MEDIDAS PELA ROSETA DO
MODELO M-10, RD F 71........................................................
ANEXO 07: GRAFICO 13: TENSÕES MEDIDAS PELA ROSETA DO
MODELO M-10, RD F 72........................................................
ANEXO 08: GRAFICO 14: TENSÕES MEDIDAS PELA ROSETA DO
MODELO M-10, RD F 73........................................................
59
61
63
63
67
67
71
72
81
81
81
82
82
84
86
iii
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
FIGURA 2.1: ESQUEMA DE BLOCOS CHAVE NA BARRAGEM DE
ITAIPU..........................................................................................
FIGURA 2.2: ESQUEMA DE INSTALAÇÃO DE PÊNDULO DIRETO E
INVERTIDO..................................................................................
FIGURA 2.3: PÊNDULO INVERTIDO................................................................
FIGURA 2.4: COORDINÔMETRO ÓTICO E SEUS COMPONENTES.............
FIGURA 2.5: EXTENSÔMETRO MÚLTIPLO DE HASTE................................
FIGURA 2.6: PERFIL DE INSTALAÇÃO DO EXTENSÔMETRO
MÚLTIPLO DE HASTE...............................................................
FIGURA 2.7: MEDIDOR TRIORTOGONAL DE JUNTA...................................
FIGURA 2.8: BASE DE ALONGÂMETRO.........................................................
FIGURA 2.9: EXTENSÔMETRO PARA CONCRETO.......................................
FIGURA 2.10: TENSÔMETRO PARA CONCRETO...........................................
FIGURA 2.11: ESQUEMA DOS TERMÔMETROS TIPO CARLSON...............
FIGURA 2.12:.. MEDIDOR DE VAZÃO..............................................................
FIGURA 3.1: ARANHA PARA DEFORMÍMETROS, (A) VISTA FRONTAL
E (B) VISTA LATERAL...............................................................
FIGURA 3.2: EXTENSÔMETRO PARA CONCRETO TIPO CARLSON,
MODELO A-10.............................................................................
FIGURA 3.3: ESQUEMA DE INSTALAÇÃO DOS DEFORMÍMETROS.........
FIGURA 3.4: SUPORTE DE ROSETA PARA 5 DEFORMÍMETROS...............
FIGURA 3.5: FORMA DE PROTEÇÃO DOS DEFORMÍMETROS...................
FIGURA 3.6: PEGA DO EXTENSÔMETRO.......................................................
FIGURA 3.7: DEFORMÍMETROS DIRECIONAIS.............................................
FIGURA 3.8: CALIBRADOR DE EXTENSÔMETRO PARA CONCRETO......
FIGURA 3.9: DESENHO ESQUEMÁTICO DO CALIBRADOR DO
EXTENSÔMETRO.......................................................................
FIGURA 3.10: EMENDA AUTO-FUSIVA, ITENS DE A A E............................
FIGURA 3.11: EMENDA AUTO-FUSIVA, ITENS DE F A G...........................
FIGURA 3.12: TENSÔMETRO PARA CONCRETO...........................................
FIGURA 4.1: AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DOS DEFORMÍMETROS E
TENSÔMETROS EM LABORATÓRIO......................................
FIGURA 4.2: POSIÇÃO DOS INSTRUMENTOS NO BLOCO F19/20..............
FIGURA 4.3: DEFORMÍMETRO NODELO A-10 SEM PROTEÇÃO DE PVC.
FIGURA 4.4: DEFORMÍMETRO MODELO A-10 ABERTO COM SEUS
COMPONENTES INTERNOS VISÍVEIS...................................
FIGURA 4.5: RESISTENCIAS DO DEFORMÍMETRO MODELO A-10...........
FIGURA 4.6: DEFOMÍMETROS DO MODELO A-10, ABERTOS....................
FIGURA 4.7: DEFOMÍMETRO DO MODELO M-10 SEM PROTEÇÃO DE
PVC................................................................................................
FIGURA 4.8: PARTES DO DEFORMÍMETRO MODELO M-10.......................
FIGURA 4.9: COMPONENTES INTERNOS DO DEFOMÍMETRO M-10........
FIGURA 4.10: DEFOMÍMETROS DO MODELO M-10.....................................
FIGURA 4.11: DOIS DEFOMÍMETROS DO MODELO M-10...........................
FIGURA 4.12: DEFORMÍMETROS A-10 (A) E M-10 (B)..................................
FIGURA 4.13: LOCALIZAÇÃO DAS ROSETAS DE DEFORMÍMETROS
NO BLOCO A7.............................................................................
FIGURA 4.14 LOCALIZAÇÃO DOS TENSÔMETROS NO BLOCO F 19/20...
FOTO 3.1: VISTA FRONTAL E POSTERIOR DA CAIXA SELETORA...........
FOTO 3.2: DETALHE DE INSTALAÇÃO DE UMA ROSETA DE
DEFOMÍMETROS, SENDO VISTO EM PRIMEIRO PLANO
O BALDE ATENSORIAL............................................................
FOTO 3.3: COLOCAÇÃO DA CAIXA ATENSORIAL E DA CAIXA PARA
07
09
10
11
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15
16
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18
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70
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75
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32
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38
iv
FORMAÇÃO DO BLOCK-OUT PARA INSTALAÇÃO DOS
DEFORMÍMETROS...................................................................
FOTO 3.4: INÍCIO DO RECOBRIMENTO DOS DEFORMÍMETROS (A) E
CANALETA PARA PASSAGEM DOS CABOS (B)..................
FOTO 3.5: EMENDAS DE RESINA EPOXÍDICA...............................................
FOTO 3.6: CAIXA ATENSOTIAL COM EXTENSÔMETRO CORRETOR......
FOTO 3.7: TENSÔMETRO NO PLANO HORIZONTAL...................................
FOTO 3.8: ROSETA DE TENSÔMETROS..........................................................
38
50
51
56
56
v
LISTA DE TABELAS E GRÁFICOS
TABELA 2.1: FREQUENCIAS MÍNIMAS DE LEITURA EM BARRAGENS
DE CONCRETO...........................................................................
TABELA 3.1: CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS PRINCIPAIS DOS
DEFORMÍMETROS.....................................................................
TABELA 3.2: CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS PRINCIPAIS DOS
TENSÔMETROS..........................................................................
TABELA 4.1: QUANTIDADE DE INSTRUMENTOS INSTALADOS NA
BARRAGEM DE ITAIPU............................................................
TABELA 4.2: TENSÔMETROS ESTUDADOS...................................................
TABELA 4.3: SITUAÇÃO DOS TENSÔMETROS DANIFICADOS.................
TABELA 4.4: ROSETAS ESTUDADAS..............................................................
TABELA 4.5: SITUAÇÃO DOS TENSÔMETROS DANIFICADOS.................
GRAFICO 01: TENSÕES OBTIDAS PELOS TENSÔMETROS ESTUDADOS
GRAFICO 02: TEMPERATURA DO CONCRETO FORNECIDA PELOS
INSTRUMENTOS........................................................................
GRAFICO 03: MÉDIA SEMANAL DA TEMPERATURA AMBIENTE............
GRAFICO 04: TEMPERATURA DO CONCRETO MEDIDA PELA ROSETA
DE DEFORMÍMETRO RD A 01..................................................
GRAFICO 05: TEMPERATURA DO CONCRETO MEDIDA PELA ROSETA
DE DEFORMÍMETRO RD A 01..................................................
GRAFICO 06: TEMPERATURA MEDIA SEMANAL........................................
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65
68
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67
70
71
71
vi
LISTA DE ABREVIATURAS
CBDB
-
Comitê Brasileiro de Barragens
ICOLD
-
International Congress on Large Dams
ITAIPU
-
Usina Hidrelétrica de Itaipu
PVC
-
Polivinil Carbono
SNGB
-
Seminário Nacional de Grandes Barragens
CCR
-
Concreto Compactado a Rolo
RAA
-
Reação Álcali Agregado
LNEC
-
Laboratório Nacional de Engenharia Civil Portugal
IBRACON
- Instituto Brasileiro do Concreto
ABGE
- Associação Brasileira de Geologia de Engenharia
vii
ABSTRACT
After bibliograph investigations about dam instrumentation, realized that
wouldn’t have much about instruments performance that using in the monitoring.
In Itaipu Binacional hydroelectric, in the case of this study, some types of
instruments of diferents models was adopt, being possible a comparison into them.
Due a variety of instruments installed in this dam, decides to study only
instruments that measure concrete stress. These instruments are strain meters, that
obtain the stress thought measuring strain in one point of the concrete structure, and
the stress meter that obtains this measure directely.
It was possible to analyse the internal components in both models of the
strain meters studied in the laboratory and check if the temperature in the dam site and
function caracteristics of the instruments are determinate factor in the useful life of
them.
This work proved that the temperature of the dam site wasn’t the factor the
influenced on the instruments performance.
The diference betwen the diferenst models of strain meters was due to
constructives diferences, observing that the instruments whose have the bigger range,
have the useful life superior than the others.
viii
RESUMO
Investigando-se a instrumentação para auscultação de barragens, percebeu-se
que não havia muito sobre o desempenho dos instrumentos utilizados no seu
monitoramento.
Na hidroelétrica de Itaipu, no estudo de caso do presente trabalho, foram
empregados alguns tipos de instrumentos de diferentes modelos, sendo possível uma
comparação entre eles.
Como uma variedade de instrumentos instalados nesta barragem é grande,
decidiu-se então estudar somente os instrumentos que medem tensão no concreto. Tais
instrumentos são os extensômetros para concreto (deformímetros), que obtém a tensão
através da medida da deformação em um ponto da estrutura de concreto, e os
tensômetros para concreto, que obtém a medida diretamente.
Foi possível analisar os componentes internos dos dois modelos de
deformímetros estudados, em Laboratório, e verificar se a temperatura do local da obra
e as características de funcionamento dos instrumentos são fatores determinantes na
vida útil dos mesmos.
O trabalho demonstrou que a temperatura do local da barragem e o princípio
básico de funcionamento não foram fatores que influenciaram no desempenho destes
instrumentos. A diferença de desempenho entre os modelos estudados se deu devido a
suas diferenças construtivas, verificando que o aparelho com campo maior de leitura
tem uma vida útil superior ao de menor campo.
1
1.0 – INTRODUÇÃO
A observação e a instrumentação de barragens começou em meados da
década de 50. Desde então há um continuo avanço nos instrumentos e métodos
utilizados para a auscultação de uma barragem.
No ano de 1979, durante o XIII Congresso do ICOLD (Internacional
Commission on Large Dams), em Nova Delhi, decidiu-se dar uma maior atenção à
segurança de barragens, pois se notava a ocorrência de diversos incidentes com graves
conseqüências, além do aumento das dimensões das novas barragens, do
envelhecimento das existentes e do crescimento do número delas sendo construídas em
países com pouca ou nenhuma experiência na área. Surgiu então, a necessidade de
normas e diretrizes que regulamentassem as barragens existentes e as futuras.
Em 1982 foi criado o Comitê Brasileiro de Barragens (CBDB). No ICOLD,
atualmente o Brasil ocupa a presidência do Subcomitê encarregado da elaboração de
Diretrizes de Segurança de Barragens, destinadas ao uso em âmbito mundial.
Em 1996 e 1997 o CBGB, através da Comissão de Deterioração e
Reabilitação de Barragens, elaborou minuta de portaria nº 739, do Ministério de Minas
e Energia, propondo a criação o Conselho Nacional de Segurança de Barragens.
Depois disso, o Ministério criou um grupo de trabalho a fim de elaborar um
documento para normalizar procedimentos preventivos e de manutenção com relação à
segurança das diversas barragens existentes. [http://www.emae.sp.gov.br]
Ao final de 1998 o núcleo de São Paulo do CBGB finalizou o “Guia Básico
de Segurança de Barragens”, contendo padrões e procedimentos para a orientação dos
proprietários
de
barragens
quanto
à
segurança
das
mesmas.
[http://www.emae.sp.gov.br]
Atualmente não há legislação específica no Brasil para as atividades de
segurança de barragem, apenas um projeto de lei a ser aprovado, que consiste no
Manual de segurança do Ministério da Integração. [http://www.emae.sp.gov.br]
Dentro desta crescente preocupação com a segurança de nossas barragens,
2
esta pesquisa pretende colaborar para o desenvolvimento das atividades de auscultação
e monitoramento das barragens projetadas ou em construção, através da avaliação da
vida útil e do desempenho dos instrumentos, quanto suas características de
funcionamento e a influência exercida pelas condições ambientais (variação da
temperatura do local da instalação da barragem). Os dados obtidos referentes à vida
útil dos instrumentos, serão analisados e relacionados com as possíveis causas do não
funcionamento dos mesmos.
Tendo em vista que a auscultação de uma barragem começa em sua
construção e prossegue durante o seu período de operação, este trabalho procura
avaliar o desempenho dos instrumentos que medem as tensões no concreto da
barragem de Itaipu, num determinado período, obtendo uma estimativa para sua vida
útil.
A principal hipótese deste trabalho é que a influência da variação da
temperatura do local de instalação da barragem e as características de funcionamento
dos instrumentos são fatores determinantes da sua vida útil.
No capítulo 2 deste trabalho descreve-se sucintamente, e de maneira geral,
sobre segurança estrutural de barragens e os equipamentos que dela fazem parte.
No capítulo 3 faz-se uma descrição dos instrumentos estudados. São
apresentadas informações como seu principio básico de funcionamento, suas
características técnicas principais, entre outras.
No capítulo 4 trata-se sobre os dados obtidos e informações relevantes que
foram utilizadas para que se chegasse a conclusões e recomendações descritas no
capítulo 5.
3
2.0 – SEGURANÇA ESTRUTURAL DE UMA BARRAGEM DE CONCRETO
2.1 - GENERALIDADES
Cada barragem é uma obra particular, para cada tipo de estrutura e finalidade
a que ela se destina. Há um local de instalação e um tipo de instrumento, melhor
adequado para que as condições de segurança possam ser avaliadas. Esse processo se
efetiva através de monitoramento continuado, que consiste na obtenção de dados
fornecidos pelos instrumentos instalados, das relações e análises estatísticas dos
mesmos. Desta forma pode-se proporcionar economia durante sua construção, e na
continuidade durante a fase de operação, a reavaliação das hipóteses de projeto, das
técnicas de cálculo e conclusões sobre a segurança da barragem.
Para que se possa considerar uma barragem bem instrumentada, a elaboração
de um plano de instrumentação e a seleção de instrumentos, devem ser realizados por
um especialista na área. A confecção e a calibração dos instrumentos deve ser
supervisionada, tomando-se especial atenção quanto à sua instalação e manutenção.
Não menos importante, a aquisição, processamento, apresentação dos dados e a sua
comparação com valores de projeto, deve ser feita por equipe eficiente e treinada para
tal. Esta equipe deverá possuir valores limites para as leituras, os quais permitem a
pronta detecção de uma eventual anomalia.
As principais razões para o uso de instrumentação numa barragem, segundo
CELERI (1995), são:
− verificação do projeto, onde o principal objetivo é o de certificar-se de que além do
mesmo ser seguro é também o mais econômico;
− verificação da conveniência de novas técnicas de construção;
− diagnosticar a natureza específica de algum evento adverso para uma prevenção de
ocorrência futura;
− verificação contínua de uma performance satisfatória;
4
− razões preditivas;
− razões legais;
− pesquisas para o estado da arte;
As fases da obra de uma barragem que devem ser instrumentadas são as
seguintes:
• Período construtivo: o monitoramento das barragens ainda no período
de construção, supre de importantes informações sobre os materiais,
suas fundações e métodos construtivos, tornando possível à
verificação do projeto em andamento. Com isso os critérios e
diretrizes preestabelecidas podem ser aferidos quanto às análises de
tensões e controle de fissuração de origem térmica, mudanças no
plano de concretagem e nos intervalos de lançamentos do concreto,
contribuindo
para
estruturas.(SIMPÓSIO
prevenir
SOBRE
a
rápida
deterioração
das
INSTRUMENTAÇÃO
DE
BARRAGENS, 1996)
• Fase de enchimento do reservatório: período em que a barragem passa
a entrar em carga total pela primeira vez, sendo considerado este o
período mais crítico na sua vida útil. A auscultação assume um papel
importante, pois permite um diagnóstico preciso da obra, comparando
os dados com os limites de projeto. Há o controle de parâmetros como
deslocamentos horizontais e verticais, movimento de algumas juntas,
temperatura e deformação do concreto, para prevenir ruptura ou
fissuramento excessivo durante esse primeiro enchimento e sempre
que possível deve ser de forma lenta para a adaptação da estrutura
com as novas condições criadas. (ANDRIOLO, 1993)
5
• Período operacional: a instrumentação, aliada às inspeções visuais,
fornece parâmetros para que se avalie o desempenho das estruturas ao
longo do período de operação do reservatório.(LUZ, 1993)
As principais grandezas monitoradas pela instrumentação, segundo LUZ,
(1993) são:
• Deslocamentos;
• Deformações e tensões;
• Temperatura;
• Níveis piezométricos em fundações;
• Pressões de água;
• Vazões.
Os principais fatores que influenciam as grandezas monitoradas, segundo
LUZ, 1993 são:
• Carga direta: forças exercidas pelos contatos com a barragem de terra
ou enrocamento e pelos níveis d’água a montante e jusante
• Subpressões na fundação: devido à percolação ou infiltração de água
pela rocha de fundação, durante e após o enchimento do reservatório.
• Pressão intersticial do concreto: pressão exercida pela água que
infiltra pelos interstícios do concreto, juntas de construção e falhas de
construção durante a concretagem.
• Calor de hidratação do cimento: calor gerado pela hidratação do
cimento, ficando armazenado no interior de um bloco, provocando
tensão de compressão no concreto. E o posterior resfriamento da
estrutura, provocando tensões de tração.
• Sismos:
- naturais causados pelo deslocamento de placas tectônicas e
atividades vulcânicas.
6
- induzidos causados pela criação de um reservatório, que altera as
condições estáticas das formações geológicas, do ponto de vista
mecânico (peso da massa d´ água) e do ponto de vista hidráulico
(a infiltração de fluidos pode causar pressões internas nas
camadas rochosas profundas). É um fenômeno dinâmico,
resultante das novas forças induzidas, e que passam a interferir
sobre o regime das forças pré-existentes.
2.2 – SISTEMAS DE INSTRUMENTAÇÃO DE UMA BARRAGEM DE
CONCRETO
“A instrumentação deve ser monitorada, analisada e mantida, para garantir a
operação segura da barragem”. (COMISSÃO REGIONAL DE SEGURANÇA DE
BARRAGENS, 1999)
O sistema de instrumentação faz-se através de um plano de instrumentação
que consiste em um projeto de instrumentação obtido primeiramente através dos
resultados do estudo detalhado das características geológico-geotécnicas da região e do
entorno onde estará locada a barragem, através do qual são definidas seções e blocos
"chaves" a serem observados e instrumentados. Por exemplo, na figura 2.1 está
mostrado o esquema de blocos chave na barragem de Itaipu.
Associa-se ainda a este Projeto Básico, as adaptações e complementações
introduzidas durante o período construtivo, resultantes das inspeções e mapeamentos
de campo e os resultados das análises realizadas com base em modelos matemáticos.
Em vista destas adaptações poderá ser conveniente a modificação de algum bloco
“chave”, ou eventualmente, prever a instalação de um maior número de instrumentos.
Os demais blocos da estrutura recebem apenas medidores de junta para controle dos
deslocamentos em relação aos blocos “chaves”, que poderão ter ainda piezômetros
para controle de subpressões na fundação, dependendo da geologia da fundação.
O plano de instrumentação deve ser elaborado, levando-se em conta que
7
deve haver especialista na área de instrumentação, que esteja familiarizado com o
projeto e seus pontos críticos, bem como com os vários instrumentos existentes, suas
vantagens e limitações.
FIGURA 2.1: ESQUEMA DE BLOCOS CHAVE NA BARRAGEM DE ITAIPU.
BLOCO CHAVE
8
2.2.1 – Instrumentação da estrutura
Instrumentos para as medidas de deformação, tensão, subpressão, infiltração
e sismos são de grande importância para o conhecimento do comportamento da
barragem e reavaliação do projeto.(AHMADI, 1985)
Quando se vai avaliar o comportamento da estrutura e não só sua segurança
estrutural, as medições necessárias para a completa interpretação dos fenômenos de
uma estrutura de concreto são:
a) deslocamento horizontal;
b) deslocamento angular;
c) deslocamento diferencial entre blocos;
d) tensão no concreto;
e) tensão na armadura;
f) temperaturas;
g) vazão de infiltração;
h) inspeções visuais.
a) Deslocamentos horizontais
Nas barragens tipo gravidade estes deslocamentos são usualmente
observados por pêndulos diretos, fixos à crista da barragem indo até o contato
concreto-rocha, e por pêndulos invertidos, fixos na fundação, indo até o contato
concreto-rocha.
Na figura 2.2 mostra-se a associação destes dois tipos de pêndulos, para a
medida do deslocamento da crista da barragem até a fundação da mesma.
A figura 2.3 mostra detalhes de um pêndulo invertido.
Os poços verticais, onde são instalados os pêndulos no final do período
construtivo da barragem, são deixados durante a concretagem das estruturas, sendo de
extrema importância sua verticalidade, para que não interfira no campo de leitura do
instrumento.
9
Figura 2.2- ESQUEMA DE INSTALAÇÃO, PÊNDULO DIRETO E INVERTIDO.
As leituras dos deslocamentos horizontais são realizadas com o auxilio de
coordinômetros óticos (figura 2.4) ou telecordinômentros, segundo as direções
montante-jusante e margem direita-esquerda.
10
FIGURA 2.3: PÊNDULO INVERTIDO.
As instalações dos pêndulos, direto e invertido, devem ser nos mesmos
blocos, possibilitando a determinação dos deslocamentos horizontais (deslocamentos
relativos) da crista da barragem em relação ao ponto considerado fixo na fundação.
Deve-se prever nestes mesmos blocos a instalação de marcos topográficos superficiais,
para associação dos deslocamentos medidos com aqueles medidos por métodos
geodésicos, os quais são considerados inicialmente como deslocamentos absolutos.
11
FIGURA 2.4: COORDINÔMETRO ÓTICO E SEUS COMPONENTES
O coordinômetro fornece leitura em duas direções ortogonais, sendo uma
paralela ao eixo da barragem e outra normal ao eixo. É formado por duas réguas
graduadas, normais entre si, sendo uma de 30 cm e outra de 15 cm. A régua menor tem
uma ocular provida de retículo, com seus eixos coincidentes, tendo na extremidade um
prisma que está a 45º do eixo da régua.
A régua menor se move sobre a maior, que é fixa, permitindo então
leituras sem mover o coordinômetro.
Com o fim de ter uma referência fixa ligada ao concreto, é fixado um
cone de aço inoxidável que será visado antes do fio, evitando assim qualquer erro no
apoio do aparelho.
b) Deslocamentos angulares
São medidos junto à base das barragens de concreto através da instalação
de dois extensômetros (figura 2.5 e 2.6) verticais profundos na fundação, um a
12
montante e o outro a jusante. Além do deslocamento angular eles fornecem também a
deformabilidade do maciço rochoso de fundação. São de fácil instalação em barragens
tipo contraforte ou gravidade aliviada.
FIGURA 2.5: EXTENSÔMETRO MÚLTIPLO DE HASTE
13
FIGURA 2.6: EXEMPLO DE UM PERFIL TÍPICO DE UM EXTENSÔMETRO MÚLTIPLO DE HASTE NA
BARRAGEM DE ITAIPU.
14
c) Deslocamentos diferenciais entre blocos
Observam-se os deslocamentos diferenciais entre blocos segundo três
direções ortogonais entre si:
Recalques diferenciais entre blocos;
Deslocamentos cisalhantes horizontais;
Movimentos de abertura-fechamento das juntas
Estes deslocamentos podem ser medidos através de bases de alongâmetro
ou medidores triortogonais, instalados nas juntas de contração entre blocos.
O medidor triortogonal (figura 2.7) tem por finalidade registrar os
deslocamentos em juntas e fissuras em barragens de concreto, galerias, túneis e
maciços rochosos, em três eixos ortogonais (x,y, z).
Os deslocamentos são medidos em três direções ortogonais com o auxílio
de um sistema de apoios, construídos em aço inoxidável e fixados convenientemente
na estrutura. Com relógio comparador adaptado para ser instalado nos furos existentes
nas barras retangulares do medidor triortogonal de junta, obtém-se facilmente as
medidas das variações nos três eixos ortogonais desejados.
O sistema de eixos triortogonais é orientado de modo que o eixo 0x
forneça os deslocamentos de abertura ou de fechamento da junta, o eixo 0y, os
deslocamentos horizontais e o eixo 0z os deslocamentos verticais.
As bases de leitura, por estarem solidárias com a região instrumentada,
acompanham os movimentos relativos, ocorridos nesta região.
O alongâmetro (figura 2.8) é utilizado para medir deslocamentos
relativos em juntas entre blocos de concreto. É empregada uma base triangular de
referência, previamente posicionada na junta. A leitura é feita por um dispositivo
portátil acoplado a um relógio comparador. Para a medida das deformações, o medidor
é encaixado nos pontos de referência.
A instalação do medidor triortogonal é preferível, uma vez que um só o
instrumento permite a medição das três componentes do deslocamento, uma vez que a
base de alongâmetro necessita da instalação de bases no piso e na parede das galerias
15
para obter a medida das três componentes do deslocamento.
FIGURA 2.7: MEDIDOR TRIORTOGONAL DE JUNTA
Furo para relógio comparador
16
FIGURA 2.8: BASE DE ALONGÂMETRO
PINOS BASE PARA LEITURA
17
d) Tensões no concreto
A deformação no corpo da barragem é um dos mais importantes itens de
medida de sua segurança, porque isto mostra integração do fenômeno estrutural e seu
comportamento.(IIDA, 1979)
A obtenção das tensões pode ser feita através da instalação de rosetas de
deformímetros (foto 3.1), que consiste em um instrumento instalado no interior do
concreto de uma estrutura, e que mede a deformação na direção de seus eixos,
conjuntamente com um deformímetro corretor, que é instalado próximo à roseta, em
uma câmara atensorial (balde corretor), e por tensômetros para concreto (figura 2.10),
que também são embutidos. Os tensômetros medem apenas tensões de compressão,
através da medida direta das tensões, enquanto que as rosetas medem deformações
obtidas dos esforços de compressão e tração, convertendo estas medidas em tensões. A
roseta, ainda fornece a temperatura do concreto e os deformímetros corretores medem
as deformações autógenas no concreto, provocadas pela expansão e retração
volumétricas, devido a reações químicas internas ou perda de umidade.
Nota-se uma grande superioridade técnico-econômica dos tensômetros
em relação aos deformímetros, pois os valores das tensões de compressão são obtidos
mais
rapidamente
com
custos
menores
e
com
satisfatória
performance.
(VASCONCELOS, 1980)
O desempenho dos deformímetros é muito afetado pela avaliação do
comportamento inicial do concreto de cobrimento. Durante o período construtivo,
valores de tensão são significativamente superiores ao previsto, mas após dois ou três
meses de instalação, os mesmos passam a indicar leituras compatíveis aos
tensômetros. (ROSSO, 1996)
Apesar dos tensômetros serem aparelhos de maior confiabilidade que os
deformímetros, para a medição de tensão em estruturas de concreto, eles tem a
limitação de não medir tensão de tração, como os deformímetros. (ROSSO,1996)
18
FIGURA 2.9: VISTA ESQUEMÁTICA DE UM MEDIDOR DE DEFORMAÇÃO MODELO A-10, TIPO CARLSON
Figura 2.10 - VISTA ESQUEMÁTICA DE UM TENSÔMETRO
19
e) Tensões na armadura
É a medida feita através de tensômetros para armadura, que são
instalados na própria armadura ou em uma barra adicional de aço. Essas medições são
para verificação das tensões durante a protensão dos cabos e para controle da
eficiência dessa protensão. Também para confirmação das tensões a que a armadura de
um determinado local está submetida.
Por exemplo, em Itaipu esses instrumentos foram instalados na Casa de
Força, na região do concreto envoltório da caixa espiral, na região da junta entre a
Tomada d' Água e a casa de força, com o objetivo de pesquisa ou avaliação dos
critérios de projeto.
f) Temperaturas
Variações de temperatura e nível d’água são as principais ações durante a
fase de operação de uma barragem. (PEDRO, 1979)
A instalação de uma rede de termômetros para concreto, tais como o
mostrado na figura 2.11, que são sensores de temperatura, nele embutidos, serve para
observar a evolução da temperatura devido ao calor de hidratação do cimento.
Os termômetros instalados junto à face de montante medem a
temperatura da água do reservatório.
As temperaturas medidas pelos deformímetros também contribuem para a observação
da evolução da temperatura.
Na barragem de Shimenzhi na China há a medição das temperaturas ao longo
do cabo de fibra ótica inserido no interior do concreto tipo CCR, realizada
empregando-se o princípio de “Anti-stokes”, onde se usa o espectro de luz refletida,
conforme se pode depreender dos catálogos de fabricante que empregam os cabos de
fibra ótica. (AUFLAGER, 2002).
20
Figura 2.11: ESQUEMA DOS TERMÔMETROS TIPO CARLSON.
g) Vazões de infiltração
As medidas de infiltração e deformação são de vital importância para o
satisfatório monitoramento da segurança das barragens. (IIDA, 1979)
A medição das vazões de infiltração através do concreto envolve
geralmente as seguintes fontes: dos drenos internos do concreto, dos drenos de junta
entre blocos e das fissuras no concreto.
A medição das vazões dos drenos internos ou dos drenos de junta deve
ser realizada dreno a dreno, uma vez que seu comportamento é aleatório. São
normalmente realizadas com o emprego de um recipiente graduado (mm), onde se
recolhe a água que está escoando através do dreno, em um espaço de tempo que é
medido utilizando um cronômetro. Pode ser feita também a medição totalizadora de
um determinado trecho da barragem, com uso de medidores de vazão, como o medidor
triangular de vazão mostrado na figura 2.12.
Pode haver a necessidade do monitoramento, através da análise química,
da água que passa através de fissuras, juntas de concretagem e porosidade, controlando
a quantidade de material sólido carreado.
21
FIGURA 2.12: MEDIDOR TRIANGULAR DE VAZÃO
A
A
h) Inspeções visuais
Mesmo numa barragem com instrumentação adequada para o seu
monitoramento, a inspeção visual é uma ferramenta muito importante para garantir a
segurança da mesma. As inspeções podem ser de Rotina(informais), Periódica
(formais) e Especiais (Excepcionais).
A inspeção visual de rotina tem um papel relevante no controle de segurança
de uma barragem. Estas inspeções são feitas pela mesma equipe que faz a leitura nos
instrumentos. Ela é feita durante as campanhas de leituras, pois esta equipe já esta
sensibilizada com comportamento da barragem, podendo fornecer informações
relevantes de imediato. (LNEC, 1997)
As inspeções Periódicas são realizadas em datas específicas, em função da
fase da obra sob supervisão de um técnico especialista.
As inspeções Especiais ocorrem quando algum evento ou anomalia
repentinos colocam em risco a segurança da barragem. A equipe de inspeção é
acompanhada por um técnico pode haver a necessidade de acompanhamento de um
especialista.
22
2.2.2 – Grandezas monitoradas devido ao tipo de barragem de concreto
-
Barragem de concreto tipo gravidade
Nestas estruturas a instrumentação monitora a supressão de fundação ao
longo do contato concreto-rocha, a temperatura do concreto e sua dissipação ao longo
do tempo, deslocamentos, recalques de fundação, tendo uma atenção especial com a
parte central da estrutura.
São observadas com atenção também as tensões de origem térmicas, pois
estas podem atingir valores significativos, bem como as tensões no concreto em
barragens com mais de 50 metros de altura. Estas barragens possuem juntas
longitudinais de contração e devem ser monitoradas através de medidores elétricos de
junta entre blocos para observar seus deslocamentos.
-
Barragem de contraforte ou gravidade aliviada
As grandezas monitoradas são basicamente as mesmas observadas na do tipo
gravidade maciça e apresentam os seguintes aspectos relevantes em relação às
barragens de gravidade maciça:
• Tensões no concreto mais elevadas, porém mais uniformes;
• São mais esbeltas que as barragens de concreto tipo gravidade e, portanto, mais
deformáveis e suscetíveis às influências térmicas;
• As subpressões no contato concreto-rocha são menos importantes e estão limitadas
as cabeças dos blocos;
• Sua drenagem é facilitada pela presença de cavidade e vãos entre contrafortes;
• As melhores condições de drenagem podem, entretanto, propiciar maiores vazões
de infiltrações, caso as condições da rocha não sejam adequadas;
• A estanqueidade das cabeças dos blocos e seu contato com a rocha exigem um
concreto de melhor qualidade e uma rocha de fundação de boa qualidade ou
convenientemente tratada.
23
-
Barragens em arco
As medidas das tensões nestas barragens são de fundamental importância o
concreto trabalha exclusivamente a compressão, criando um nível elevado de tensões,
sendo muito usados deformímetros e tensômetros de concreto.
Este tipo de barragem é também muito afetada pelas variações térmicas,
tanto em termos de deslocamentos quanto das tensões no concreto.
Por serem estruturas muito esbeltas, sua deflexão sob a ação do empuxo
hidrostático é bem superior as barragens tipo gravidade, contraforte ou gravidade
aliviada de mesma altura, merecendo especial atenção à instalação de pêndulos direto
e invertido.
A instalação de rede geodésica é facilitada pelas condições topográficas e
geológicas do local de implantação destas barragens.
A observação das subpressões na região do contato concreto-rocha limita-se
a apenas alguns blocos chave.
-
Barragem de concreto compactado a rolo (CCR)
A medição da evolução das temperaturas do concreto é uma das principais
recomendações.
Nas estruturas com altura maior que 30 m é sempre conveniente prever a
instalação de pêndulos diretos entre a crista e a base da estrutura.
É necessária a existência de galerias de inspeção e de drenagem, devendo
prever também a instalação de piezômetros para medição das subpressões e de
medidores de vazão.
-
Barragens afetadas por reatividade alcali-agregado (RAA)
A RAA é um processo químico onde alguns constituintes mineralógicos do
agregado reagem com hidróxidos alcalinos (proveniente do cimento, água de
amassamento, agregados, pozolanas, agentes externos, etc.) que são dissolvidos na
solução dos poros do concreto. Como produto da reação forma-se um gel higroscópico
24
expansivo. A manifestação da reação álcali agregado pode se dar de várias formas,
desde expansões, movimentações diferenciais nas estruturas até formação de bolhas,
exsudação
do
gel
e
redução
das
resistências
à
tração
e
compressão.
(http://www.ibracon.org.br/concreto/RAA.html)
O monitoramento das estruturas se dá através de inspeções visuais,
observação de degradação superficial e da instrumentação da barragem.
2.3 - FREQÜÊNCIA DE LEITURA DOS INSTRUMENTOS DE AUSCULTAÇÃO
As freqüências de leitura da instrumentação devem ser adequadas aos
desempenhos previstos no projeto para as fases de construção da barragem, primeiro
enchimento do reservatório e operação e para possibilitar o acompanhamento das
velocidades de variação das grandezas medidas, levando-se em consideração a
precisão dos instrumentos e a importância dessas grandezas na avaliação do
desempenho real da estrutura.
As freqüências recomendadas em projeto devem ser realizadas como
freqüências mínimas de leitura, devendo ser intensificadas ou ajustadas, quando da
ocorrência de fatores tais como:
− mudanças nas condições geotécnicas ou geológicas antecipadas para o local;
− alterações nos procedimentos construtivos;
− mudanças significativas no projeto;
− subida ou rebaixamento muito rápido do nível do reservatório;
− fenômenos naturais inesperados ou particularmente severos; e;
− tendências desfavoráveis à segurança da estrutura.
Deve-se assegurar que os leituristas atuem como inspetores visuais,
percorrendo os diversos trechos e galerias da barragem, no mínimo uma vez por
semana. Esta recomendação é especialmente válida para o período operacional.
Após a fase de instalação é recomendável que cada instrumento seja lido
preferencialmente na mesma hora do dia: os instrumentos devem ser divididos em
25
grupos de observação em um mesmo dia e suas leituras devem ser programadas com
seqüência e itinerário fixos.
Outra recomendação é que os observadores que efetuem as leituras de um
determinado tipo de instrumento sejam sempre os mesmos, evitando-se trocas
freqüentes nas equipes de leitura, o que acaba tendo reflexo na precisão dos dados
adquiridos. Em caso de substituições programadas dos observadores é recomendável
que o seu substituto o acompanhe por no mínimo duas campanhas de leituras.
Instrumentos cujos dados são analisados de forma integrada, tais como
resultados obtidos através dos pêndulos e da campanha geodésica, devem ter
freqüências iguais e leituras realizadas preferencialmente nos mesmos dias e horários.
Se após quatro ou cinco anos de operação, a barragem e suas fundações
apresentaram características estáveis, o intervalo entre leituras pode ser alongado para
um mês no máximo. Por outro lado, se houver qualquer indicação de tendências que
poderiam conduzir a condições perigosas, as freqüências de medidas relevantes,
observações e inspeções devem ser intensificadas.
2.4 - AQUISIÇÃO, PROCESSAMENTO E APRESENTAÇÃO DOS DADOS DA
INSTRUMENTAÇÃO.
♦ Aquisição ou coleta de dados
As leituras da instrumentação são normalmente executadas pela equipe de
instrumentação do proprietário da barragem ou por empresa contratada para este fim.
Quanto maior o entendimento dos objetivos da instrumentação, maior será a
desenvoltura da equipe, o que proporcionará uma maior confiabilidade e qualidade dos
dados e, principalmente, um alerta imediato aos seus superiores no caso de leituras
anormais.
A coleta dos dados da instrumentação pode ser uma tarefa realizada
manualmente ou através de sistemas automáticos de aquisição, dependendo do porte e
localização da obra, do tipo de instrumento instalado e do interesse do proprietário da
26
barragem.
As leituras devem ser avaliadas preliminarmente no campo, através de
comparação com as leituras anteriores e com as leituras esperadas em condições
normais para a época, dentro de um campo pré-estabelecido, de maneira que em caso
de erro grosseiro, sejam imediatamente refeitas. Toda e qualquer alteração
significativa deve ser confirmada no ato da sua coleta.
Uma tendência atual, na coleta manual dos dados, é a utilização de pequenos
microprocessadores ou microcomputadores, em substituição as planilhas preenchidas
manualmente no momento da leitura. Eles possuem programas de tratamento de dados
que incluem suas validações à medida que são coletados. Para minimização dos erros e
maior agilidade da coleta, há a alternativa de se acoplar diretamente o equipamento de
leitura na caixa dos instrumentos, registrando assim automaticamente as leituras na
memória eletrônica do equipamento, podendo o mesmo equipamento ser utilizado para
o tratamento dos dados.
A freqüência mínima especificada pelo ICOLD esta detalhada na tabela 2.1.
TABELA 2.1 –FREQÜÊNCIAS MÍNIMAS DE LEITURA EM BARRAGENS DE CONCRETO
Grandeza medida
Deslocamento “absoluto”
(geodesia)
Deslocamento angular (pêndulos)
Deslocamento relativo (medidores
de junta)
Deformação interna
Tensão
Temperatura do concreto
Pressão intersticial no concreto
Carga (cabos de protensão)
Subpressão na fundação
Vazão de infiltração
Construtivo
Período de observação
Primeiro
Início de
enchimento
operação
Operação
normal
Ao final da
construção
Quinzenal
Mensal
trimestral
semestral
Semanal
mensal
mensal
semanal
duas semanais
quinzenal
mensal
semanal
duas semanais
semanal
mensal
semanal
duas semanais
semanal
mensal
semanal
Semanal
quinzenal
mensal
semanal
duas semanais
quinzenal
mensal
diárias durante a
protensão
duas semanais
Semanal
mensal
semanal
três semanais
duas semanais
Quinzenal (*)
-
Diárias
três semanais
semanal
(*) Para casos particulares, manter freqüência semanal.
27
♦ Processamento e apresentação dos dados da instrumentação
O tratamento dos dados recolhidos é feito através de recursos de informática,
com fornecimento de gráficos e tabelas para análise do comportamento da estrutura.
O processamento dos dados coletados deve obedecer a seguinte seqüência:
− Anotação em ordem cronológica das leituras do aparelho/instrumento em banco de
dados específicos;
− Processamento das leituras, em função do instrumento e condições do ambiente,
para obtenção das medidas ou grandezas físicas correspondentes;
− Validação da leitura através de técnicas determinísticas e/ou estatísticas, e;
− Lançamento gráfico dos resultados obtidos, para a análise de comportamento da
estrutura.
Para o tratamento dos dados devem ser elaborados tabelas e gráficos com
boa apresentação visual e com escalas compatíveis com as grandezas em análise.
♦ Relatório de análise
É o item mais importante, que coroa todas as atividades de auscultação, pois
por meio dele se avalia periodicamente o desempenho das regiões instrumentadas e,
por extrapolação judiciosa, o desempenho da estrutura, fornecendo recomendações
para melhorar sua operação e manutenção, visando garantir a segurança da barragem.
Os parâmetros básicos desta avaliação são as medidas das grandezas físicas
obtidas dos resultados da instrumentação, as observações coletadas durante as
inspeções de campo e os dados hidrológicos e climatológicos básicos. Através da
análise dessas informações, e por comparação com os modelos e hipóteses adotadas na
fase de projeto, e por analogia com outras obras similares, chega-se às conclusões
sobre o nível de segurança da estrutura.
28
3.0 – INSTRUMENTOS ESTUDADOS
3.1 – EXTENSÔMETROS (DEFORMÍMETRO) PARA CONCRETO
3.1.1 – Generalidades
Aparelho destinado para medidas de tensão do concreto, a qual é obtida
indiretamente, através da variação de distância entre dois pontos de um corpo quando
sujeito a uma deformação. Este instrumento fornece ainda a temperatura do concreto
em que está embutido.
O instrumento é comumente chamado de deformímetro.
As grandezas características dos deformímetros, que de certa forma
qualificam os resultados fornecidos pelo aparelho, segundo SANTOS JUNIOR(1995)
são:
− Resolução: menor leitura que um aparelho é capaz de medir;
− Precisão: erro que afeta a média das leituras após sucessivas aplicações do
instrumento a uma mesma grandeza;
− Acurácia: é o quanto uma medida se aproxima do valor real da grandeza;
− Campo de medida: máxima variação de comprimento que o aparelho é
capaz de medir.
Para que seja utilizado convenientemente, os deformímetros necessitam ter
algumas características como (LOPES, 1962):
Durabilidade: como são embutidos em meio úmido e quimicamente ativo,
deve ser resistente a isso e ser completamente estanque;
Fidelidade: os componentes de medição e as partes metálicas devem ser
perfeitamente elásticos e que seja possível recuperar seu comprimento
inicial. A corrosão é uma das principais causas desta deficiência, fazendo-
29
se necessário o óleo (castor) que envolve seus componentes internos;
Robustez e rigidez transversal: deve possuir um mínimo de robustez para
permitir o transporte e instalação sem avarias;
Sensibilidade e precisão: deve ser capaz de medir variações de
comprimento da ordem de 10-6 mm;
Amplitude de medida: é indispensável o instrumento registrar
deformações de até 1500 x 10-6 mm, em ambos os sentidos;
Comprimento: o deformímetro deve possuir um comprimento de 2,5 a 3
vezes as dimensões do maior corpo inerte;
Diâmetro: como os deformímetros não devem possuir grande rigidez, seu
pequeno diâmetro, não introduz grande vazio no concreto, não
perturbando o estado de tensão;
Funciona como termômetro: é de grande interesse o conhecimento do
estado térmico da barragem e no ponto de medição da tensão. A
temperatura deve ser acurada.
As variações de dimensões do concreto podem ser causadas por tensões,
fluência, temperatura, variação higroscópica ou variação autógena do concreto. Assim,
para obtenção da tensão e temperatura necessita-se de algumas constantes, que são:
-
“f” = constante de calibração do medidor de deformação
-
“β” = constante de calibração da temperatura
-
“b” = constante de correção do medidor
A disposição dos deformímetros no plano, chamada roseta é feita de tal
maneira que permite a determinação das tensões e direções principais deste plano.
Para que a tensão final seja somente devida a carga, dela devem ser retiradas
as outras variações do concreto. Para isso utiliza-se um extensômetro corretor
colocado a 1,5 m da roseta, numa câmara atensorial, sendo a sua distância ao topo
camada do bloco igual a dos deformímetros medidores, envolvido pelo mesmo
concreto da roseta.
30
3.1.2 – Características técnicas
A tabela 3.1 mostra as características técnicas principais dos deformímetros
estudados.
TABELA 3.1: CARACTERÍSTICA TÉCNICAS PRINCIPAIS DO DEFORMÍMETRO.
CARACTERÍSTICA
Tipo
Procedência
Dimensões
Peso
Precisão
Resolução de temperatura
Campo de medida
MODELO A-10
MODELO M-10
Elétrico
Elétrico
Americano
Americano
Comprimento 25,4cm Comprimento 25,4cm
e diâmetro de 3,02 cm e diâmetro de 2,24 cm
0,590 g
0,186 g
≤0,01%
≤0,01%
0,05ºC
0,05ºC
2100 µ
1600 µ
3.1.3 - Componentes
A figura 3.1 mostra uma montagem de aranha para deformímetros. Os
principais componentes do deformímetro são:
− Corpo: consiste de dois tubos, um tubo exterior de PVC, e o outro interno de latão
com uma parte em fole onde se aloja o transdutor eletromecânico, concêntrico.
− Transdutor: é composto de um fio de aço de 0,06 mm de diâmetro entrecruzado por
duas bobinas de porcelana; instalados em duas hastes fixas à base que transmite as
deformações.
− Cabo de controle: que ligará o instrumento à caixa seletora, por onde serão
coletadas as leituras.
− Caixa seletora: dispositivo onde é possível ser conectados até 22 instrumentos e de
onde se obtém as leituras. A mesma dispõem de uma chave seletora, que seleciona
o instrumento a ser lido, sendo mostrada na figura 3.2.
− Aranha: dispositivo onde são fixados os deformímetros nas corretas direções que
31
ele deve estar. Possui uma base de 49 mm de diâmetro e 40 mm de altura, onde se
acoplam varetas de 25 mm de diâmetro e 120 mm de comprimento, que podem ser
soldadas ou rosqueadas, segundo o extremo das varetas. Ela está mostrada na
figura 3.1.
FIGURA 3.1: ARANHA PARA DEFORMÍMETROS (A) VISTA LATERAL E (B) VISTA FRONTAL.
45º
90º
45º
45º
FLUXO
90º
(A)
(B)
A codificação da roseta, no caso de Itaipu por ter várias centrais de concreto
é feita da seguinte forma:
CW-XXX-YYY,YY-RDZ/L
Onde:
CW = Central nº
XXX = Nº do bloco
YYY, YY = Altitude de instalação
RD = Roseta de deformação
Z/ = Nº do extensômetro (1 a 6)
/L = Nº da roseta (M para J)
32
FIGURA 3.2: EXTENSÔMETRO PARA CONCRETO CARLSON MODELO A-10
FOTO 3.1: VISTA FRONTAL E POSTERIOR DA CAIXA SELETORA.
33
3.1.4 - Instalação
Geralmente os deformímetros se encontram instalados no interior do
concreto em grupo de seis unidades. Quatro deles, pertencentes a um mesmo plano e,
em grupo de três, os deformímetros 1, 3 e 5 com a origem e os deformímetros 5, 2 e 4
com a origem, formam 2 triedros triortogonais. O 6º extensômetro é colocado em uma
caixa atensorial para efetuar as correções e os efeitos que são produzidos por um
esforço, como mostra a foto 3.3.
FOTO 3.2: DETALHE DE INSTALAÇÃO DE UMA ROSETA DE DEFORMÍMETRO, SENDO VISTO EM
PRIMEIRO PLANO O BALDE ATENSORIAL.
Embora os deformímetros tenham sido projetados para serem embutidos no
concreto eles são razoavelmente delicados e cuidados adicionais devem ser tomados
para sua instalação. Antes do início da concretagem, do local onde ficará instalado o
34
aparelho, deverá ser feita uma inspeção detalhada, verificando os condutores,
emendas, recessos, terminais, codificação dos terminais e medidores, posicionamento
e outros requisitos. Quanto à codificação de cada aparelho, deverá ser colocada uma
chapa metálica, com o nº de identificação no término do cabo, e outra próxima ao
aparelho.
As extremidades dos cabos não devem ficar no chão devido ao escoamento
de água.
Caso os cabos tenham que ficar mergulhados temporariamente o preparo do
isolamento de sua ponta é o que segue:
− Manter durante 10 minutos em parafina a 95ºC
− Enrolar com fita de borracha natural, mergulhando em massa isolante. Após
secagem aplicar nova camada de fita de borracha. Repete-se novamente a última
fase.
O concreto não deverá ser lançado diretamente dobre o medidor. Ele deverá
ser lançado em camadas e vibrado com cuidado.
Cuidados especiais devem ser tomados quando no preparo para concretagem
da camada superior a instrumentada.
Após a concretagem os cabos são conduzidos até a caixa seletora, através de
um tubo de diâmetro 75 mm, onde são conectados. Esta caixa seletora será envolvida
por uma proteção especial e uma lâmpada ficará acessa, para a proteção contra a
umidade nas conexões.
Dispondo um grupo de deformímetros em um só plano, determinam-se as
tensões e direções principais. Para a colocação dentro do concreto dispõe-se o
processo construtivo de “Block-out”, que consiste em uma forma de madeira (figura
3.3) para formar o recinto onde será colocado o deformímetro, descrito na foto 3.4.
O concreto é inicialmente colocado a uma distância de 10 cm da aranha.
Colocam-se os deformímetros de 1, 2, 3 e 4 coplanares em sentido ao fluxo, sendo
colocado o primeiro no sentido a jusante e o extensômetro nº 5 na direção normal ao
fluxo, sendo este último coplanar com o nº 3. Todos estão inseridos na aranha (foto
35
3.1) com uma haste de 165 mm de comprimento e 10 mm de diâmetro de estrutura,
não rígida longitudinalmente e roscável em ambos os lados.
Posteriormente prossegue-se o concreto em camadas de 10 cm e com
agregados de diâmetro igual ou menor a 38 mm, orientando os cabos (figura 3.7) em
tubo de PVC de 75 mm de diâmetro a caixa seletora. (foto 3.2)
Para a instalação é necessário
− Fixar na camada anterior, uma haste com um suporte de modo a ficar 70 cm do
topo da camada (figura 3.2), onde deverá ser rosqueado o suporte. (figura 3.3)
− Quando a concretagem estiver a 10 cm da base da roseta nivelar a superfície e
assentar a forma de proteção (foto 3.4 e figura 3.4)
− Continuar a concretagem até o nivelamento do topo da forma de proteção. (figura
3.5)
− Retirar a forma e instalar as pegas dos deformímetros (figura 3.6). Esta pega fará a
ligação não rígida ao suporte de modo que uma deformação de um extensômetro
não seja transmitida à outra pega ou ao suporte.
− Fazer a instalação final dos deformímetros, distribuindo os cabos de maneira que
estejam agrupados antes de serem recobertos (figura 3.7).
− Começar a cobrir manualmente com concreto os medidores horizontais, retirando
os agregados diâmetro maior que 38 mm e usando vibrador adequado. A cada
camada deve ser de aproximadamente 10 cm
− Logo após o término de concretagem da camada fazer uma canaleta de união das
rosetas com a tubulação que vai até a central de leitura. No dia seguinte os cabos
são argamassados.(foto 3.5 e 3.7)
36
FIGURA 3.3: ESQUEMA DE INSTALAÇÃO DOS DEFORMÍMETROS.
37
FIGURA 3.4: SUPORTE DE ROSETA PARA 5 DEFORMÍMETROS.
38
FOTO 3.3: COLOCAÇÃO DA CAIXA ATENSORIAL E DA CAIXA PARA FORMAÇÃO DO BLOCK-OUT PARA
INSTALAÇÃO DOS DEFORMÍMETROS.
FOTO 3.4: INÍCIO DO RECOBRIMENTO DOS DEFORMÍMETROS (A) E CANALETA PARA PASSAGEM DOS
CABOS (B).
(a)
(b)
39
FIGURA 3.5: FORMA DE PROTEÇÃO DOS DEFORMÍMETROS.
40
FIGURA 3.6: PEGA DO EXTENSÔMETRO.
FIGURA 3.7: DEFORMÍMETROS DIRECIONAIS.
41
FIGURA 3.7: DEFPORMÍMETROS DIRECIONAIS
42
3.1.5 – Descrição de funcionamento
O extensômetro elétrico baseia-se na relação linear existente entre a tensão
aplicada a um fio de aço e a sua resistência elétrica:
A resistência, em ohms, pode ser obtida pela expressão:
R =
ρ
(3.1)
s
R= resistência elétrica em ohms
ρ = resistividade (ohms)
s = seção do condutor (mm)
Onde a tensão aplicada é dada pela expressão:
σ=
∆l * E
l
(3.2)
E = módulo de elasticidade (Kgf/cm2)
l = comprimento do cabo (m)
∆l = variação do comprimento (mm)
σ = tensão aplicada (Kgf/cm2)
De (3.1) e (3.2)
R=
ρ * E * ∆l
σ *s
(3.3)
Para a determinação das deformações, mede-se a relação das resistências
entre duas bobinas. O sistema elétrico adotado é a ponte de Wheatstone.
43
Quando ocorre uma deformação, a resistência de uma bobina aumenta e a
outra diminui de mesma quantidade. Quando ocorre uma variação de temperatura as
resistências sofrem variações de comprimento muito semelhantes, fato da relação de
resistência não vir afetada pela temperatura.
Entre duas épocas, a variação de relação de resistência é simplesmente
multiplicada por uma constante, que varia de extensômetro para extensômetro.
3.1.6 – Determinação da temperatura
Para a determinação da temperatura, basta ligar as duas resistências em serie
e determinar a resistência total. A precisão não é afetada pela deformação, desde que
as bobinas sofram deformações iguais e opostas como de fato ocorre. A expressão
usada para o cálculo da temperatura é a seguinte:
T = [ (R1 + R2 ) – R0] * Ct
(3.4)
R0 = resistência a 0 ºC
Ct = constante de temperatura (valor do instrumento)
T = temperatura em ºC
R1 = resistência nº 1
R2 = resistência nº 2
Uma das vantagens da obtenção de temperaturas reside no fato de ser
conhecida a sua influencia sobre o valor total das deformações.
44
3.1.7 – Calibração
Para que possamos conectar os terminais do medidor a uma caixa de leitura,
somos obrigados a colocar uma extensão de cabo, o que influi na impedância do
circuito, alterando as resistências originais do medidor. Sendo assim, é necessário
fazer, então uma recalibragem do medidor.
3.1.7.1 - Obtenção da constante de calibragem "f" e sua linearidade
A calibração é executada com um calibrador mostrado na foto 3.6, no qual
usa-se um relógio comparador com precisão de 1/1000 mm (um mícron).
Uma pequena variação de comprimento ± ∆l é transmitida ao medidor de
deformação movendo-se a haste (1), mostrada na figura 3.8, através de um mecanismo
de parafuso micrométrico.
FIGURA 3.8: CALIBRADOR DE EXTENSÔMETRO PARA CONCRETO
Deformímetro
45
FIGURA 3.9: DESENHO ESQUEMÁTICO DO CALIBRADOR DE EXTENSÔMETRO.
Lê-se a variação de comprimento do medidor de deformação no relógio
comparador (5) enquanto que uma variação da taxa de resistência é medida pelo
indicador CM-4F. A constante de calibragem “f” é dada pela expressão abaixo:
f=
∆l
*(10-6/0,01),
l * ∆Z
(3.5)
Sendo “l” o comprimento da base do medidor de deformação e ∆Z, a
variação da taxa da resistência.
A linearidade pode ser verificada medindo-se a relação l e ∆Z e, geralmente,
deve permanecer dentro do desvio de ± 1% do desempenho nominal. Ao se executar as
calibragens, ambas as deformações, por tração e compressão, são medidas a partir de
uma deformação zero, sem carga. A taxa de resistência sem carga varia de cerca de
0,3% devido à variação de temperatura, porém não afeta qualquer uso prático em
virtude da larga faixa de medição.
3.1.7.2 - Obtenção da constante de temperatura "β"
Para a calibragem, deverão ser usados, um termômetro de precisão e um
46
reservatório de água com agitador. Coloca-se o medidor de deformação no reservatório
e mede-se a resistência Rt (Ω) e RU (Ω) as temperaturas t ºC e t' ºC, dadas em graus
Celsius respectivamente. A equação seguinte é usada para calcular a constante de
temperatura "β"
β=
t '−t
1
*
(º C / 0,001)
Rt '− Rt 100
(3.6)
3.1.7.3 - Determinação da constante de correção "b"
O medidor de deformação é envolvido por um tubo de quartzo ou de invar
fundido que tem um coeficiente térmico de expansão muito baixo, colocado no
reservatório adiabático e procede-se do mesmo modo como descrito em 3.2.2.
As taxas de resistências Z e Z' em dois estágios são tomadas às temperaturas
t ºC e t' ºC, respectivamente, usando-se a seguinte equação para cálculo de "b":
b=
(Z '− Z ) f
(t '−t )
 10 −6
+ k 
 ºC



(3.7)
Onde "f" é a constante de calibragem do medidor de deformação e "k" é o
coeficiente térmico de expansão do quartzo (0,5 - (0,6 x 10-6/ºC)), ou do invar (1x10-6/
ºC).
47
3.1.8 - Emendas do cabo
Uma série de medidas é tomada na preparação dos instrumentos,
principalmente nas emendas de cabos, a fim de garantir a adequada proteção e
desempenho.
Relacionamos abaixo duas seqüências para as emendas:
3.1.8.1 – Emendas usando fita auto-fusiva
a) Desencapa-se a proteção de neoprene em um comprimento de 10 cm nos cabos a
unir (figura 3.9);
b) Cortam-se os condutores com os comprimentos indicados;
c) Desencapar todos os condutores em aproximadamente um cm;
d) Torcer as extremidades (figura 3.9)
e) Unir os condutores da mesma cor e soldar. Qualquer ponto ou fio saliente deve ser
eliminado;
f) Encapar a solda de cada condutor com fita de borracha natural, lixando a proteção
de neoprene de cada cabo por uma extensão de quatro cm (figura 3.10);
g) Cobrir toda a área da emenda com fita auto-fusiva (figura 3.10)
48
FIGURA 3.10: EMENDA AUTO-FUSIVA, DO ITEM A AO ITEM E.
A
A
B
C
D
E
49
FIGURA 3.11: EMENDA AUTO-FUSIVA, DO ITEM F AO ITEM G.
F
G
3.1.8.2 – Emendas usando resina epoxídica
A seqüência de a até e será a mesma do subitem anterior
f) Encapar a solda de cada condutor e depois toda emenda com fita de borracha
natural.
g) Colocar a parte isolada dentro do recipiente que receberá a resina (foto 3.7)
h) Agita-se cuidadosamente o endurecedor e a resina. O endurecedor é devido à
reação química entre o endurecedor e a resina, sendo indispensável que os dois
componentes se encontrem completamente.
50
FOTO 3.5: EMENDAS DE RESINA EPOXÍDICA
3.1.9 - Caixa atensorial
3.1.9.1 - Introdução
As tensões a serem calculadas através dos deformímetros deverão ser
somente devidas a carga, precisando então que as deformações devidas às variações de
temperaturas, umidade reações químicas e outras, sejam corrigidas.
Para isso é necessária a colocação de um extensômetro corretor livre do
campo de tensões, que forneça as variações de comprimento devido às solicitações
distintas do carregamento.
A retirada das outras causas acima citadas serão estudadas adiante. Este
extensômetro é colocado em caixa atensorial (foto 3.8) que será preenchida e
envolvida pelo mesmo concreto que envolve a roseta.
Os deformímetros corretores são instalados a uma distancia de um metro e
meio (1,5) da roseta sendo a sua distancia ao parâmetro igual a dos deformímetros
medidores.
51
FOTO 3.6: CAIXA ATENSORIAL COM O EXTENSÔMETRO CORRETOR
(A)
3.1.9.2 - Instalação
A caixa atensorial é colocada a uma distancia de 10 cm do topo da camada,
sendo que o deformímetro corretor já está na posição correta na caixa. Continua-se a
concretagem da camada até que esta nivele com a boca da caixa.
Colocar manualmente o concreto no diâmetro máximo maior ou igual a
37mm, dentro da caixa usando vibrador com haste de diâmetro de 25 mm. Após o
preenchimento total, continuar a concretagem da camada evitando choques com a
caixa atensorial.
Deve-se cuidar para que haja uma perfeita identificação do concreto que
envolve o aparelho.
3.1.10 - Programa de leitura
Os instrumentos da linha Carlson poderão obedecer ao seguinte programa de
leituras:
a) Antes da execução da emenda dos cabos
b) Após a execução da emenda dos cabos
c) Antes da instalação do instrumento
52
d) Durante a instalação do instrumento
e) Logo após a instalação do instrumento
f) De quatro em quatro horas até o concreto atingir a temperatura máxima.
g) Diariamente durante uma semana
h) Duas vezes por semana até um mês a contar da última leitura diária
i) Semanais durante a construção
j) Duas vezes por semana durante o enchimento
k) Semanais durante seis meses
l) Mensais, dai em diante
É importante que todos os aparelhos a partir do item (i) sejam lidos no
mesmo dia e hora.
Essa rotina poderá ser alterada em função de eventos que justifiquem uma
observação mais amiúde.
3.1.11 – Cálculo da origem da leitura dos medidores de deformação
Na figura 3.1, as cinco direções são representadas pelas hastes 1,2,3,4 e 5 nas
quais se encontram os deformímetros pertencentes a uma mesma roseta.
Faz-se,
I1 = E1 + E3
I2 = E2 + E4
Sendo Ei a deformação na direção i
A origem escolhida para cálculo e traçado dos diagramas de variação das
deformações de uma dada roseta poderá ser na época a partir da qual as diferenças
I1–I2 tornam aproximadamente constantes. Como:
Ei = f(Li – L0) + (b - αc) (ti – t0)
53
Tem-se:
I1 = f1 (L1 – L01 ) + f3 ( L3 – L03)
I2 = f2 (L2 – L02 ) + f4 (L4 –L04 )
A partir do momento que esta diferença se torna constante, se torna valida as
leituras da roseta de deformímetros, obtendo seu zero.
3.2 - TENSÔMETRO PARA CONCRETO
"Instrumento utilizado para a observação de pressões em estruturas de
concreto, solo ou enrocamento. Consiste geralmente em uma almofada metálica, que
fica alojada no interior do concreto, solo ou enrocamento, e cujo principio de
funcionamento pode ser elétrico (resistência variável ou corda vibrante), pneumático
ou hidráulico. Aplica-se geralmente ao estudo da distribuição de tensões em
revestimento de túneis, muros de arrimo, barragens de terra e enrocamento e estruturas
de concreto em geral. Quando utilizada em maciços de terra, como a pressão medida é
a pressão total, deve ser instalada juntamente com uma célula piezométrica, para
possibilitar a determinação da pressão efetiva”.[ABGE, 1979]
Este instrumento tem a finalidade de medir diretamente as tensões de
compressão, que venham a ocorrer no interior de uma massa de concreto. Sua
instalação é feita em planos horizontal ou inclinada, em função do local ou situação
que se deseja observar o desenvolvimento das tensões (roseta de tensômetros).
3.2.1 - Características técnicas
A tabela 3.2 mostra as características técnicas principais dos tensômetros
estudados.
54
TABELA 3.2: CARACTERÍSTICA TÉCNICAS PRINCIPAIS DO TENSÔMETRO.
CARACTERÍSTICA
Tipo
Procedência
Dimensões
Faixa de medição
Precisão
MODELO C-800
Elétrico
Americano
cilíndrica em forma de
disco, com diâmetro de
190 mm e espessura de
13 mm; cilíndrica em
forma de tubo, com
diâmetro de 38 mm e
altura de 146 mm
0 a 5,5 MPa
≤0,01%
FIGURA 3.12: TENSÔMETRO PARA CONCRETO
MODELO C-1500
Elétrico
Americano
cilíndrica em forma de
disco, com diâmetro de
190 mm e espessura de
13 mm; cilíndrica em
forma de tubo, com
diâmetro de 38 mm e
altura de 146 mm
0 a 10 MPa
≤0,01%
55
3.2.2 - Componentes
− Disco: estrutura metálica, fixada ao concreto através de pequenos chumbadores,
comportando em seu interior um filme de mercúrio.
− Deformímetro: Tipo Carlson, instalado no corpo cilíndrico metálico, posicionado
acima do disco.
− Cabo Condutor: cabo com condutores ligando o aparelho ao terminal de leitura.
O código do instrumento é feito de maneira semelhante à roseta de
deformímetro, existindo, porém apenas as posições 2, 3 e 4 mostradas na foto 3.9.
3.2.3 - Instalação
Essencialmente a superfície preparada para instalação do aparelho deverá
apresentar a menor deformação possível (dura).
São previstas duas situações de instalação nos Tensômetros para concreto:
em planos horizontais e inclinados.
3.2.3.1 -Medidor no plano horizontal
Em uma cavidade, programada previamente ou escavada, com profundidade
de 0,30 m, localizada no topo da camada anterior de concretagem, é lançada em sua
base, em forma de um cone, um a argamassa de módulo de deformabilidade próximo
daquele do aparelho.
Alinhados os chumbadores (três) existentes as presilhas fixadas no aparelho,
posiciona-se o medidor por sobre a argamassa no estágio plástico, comprimindo o
aparelho contra a argamassa até que a mesma obtenha uma espessura se 5 mm.
O aparelho poderá ser coberto, após a argamassa apresentar-se levemente
consistente, com concreto de características idênticas ao do restante da camada, com a
retirada dos agregados de dimensão maior que 76 mm.
O tensômetro é mostrado na figura 3.9.
56
FOTO 3.9: TENSÔMETRO NO PLANO HORIZONTAL
3.2.3.2 - Medidor no Plano Inclinado
A instalação do tensômetro para concreto em planos inclinados (45º) segue a
mesma seqüência construtiva estabelecida para o plano horizontal, a exceção da
cavidade ou recesso que deve obedecer a uma geometria trapezoidal, conforme
apresentado na foto 3.10.
FOTO 3.10: ROSETA DE TENSÔMETROS
57
3.2.4 - Princípio de funcionamento
O disco, em contato com a superfície de concreto, recebe tensões de
compressão oriundas da massa de concreto. Comprime, então, um fino filme de
mercúrio que penetra em um tubo de pequeno diâmetro.
O diafragma interno existente neste tubo é atuado pelo mercúrio, sofrendo
deformações elásticas diretamente proporcionais à intensidade das tensões. No
extensômetro elétrico, tipo Carlson, mantido acima do diafragma, a medida é feita
através de um circuito em ponte de Wheatstone, determinando a tensão atuante sobre o
disco.
3.2.5 - Anormalidades eventuais e suas causas
− Contato imperfeito entre o disco e a argamassa face à existência de bolhas de ar
e/ou acúmulo de água no contato;
− Divergência
ou
convergência
de
tensões
face
diferentes
módulos
de
deformabilidade entre medidor e a argamassa de contato.
− Infiltração de umidade pelos cabos, causando perda do aparelho;
− Ruptura dos cabos por proteção inadequada, causada por processos construtivos,
tráfego e vandalismo.
58
4.0 – EXPERIMENTOS EM ITAIPU
Tendo em vista a grande quantidade de instrumentos instalados na barragem
de Itaipu, apresentados por trecho na tabela 4.1, resolveu-se fazer experimentos
representativos para avaliar o desempenho de tensômetros e deformímetros instalados
no interior do concreto, que foram os instrumentos selecionados para estudos nesse
trabalho.
Os instrumentos foram comparados entre si, segundo critérios citados a
seguir:
− Situados no mesmo bloco-chave;
− Localizados em altitudes de instalação próximas;
− Do mesmo fabricante;
− Dados de leitura na mesma época.
Foram efetuados os seguintes experimentos:
1. Desempenho de rosetas de deformímetros de modelos diferentes.
2. Desempenho de tensômetros de modelos diferentes.
Estes experimentos serão descritos, a seguir, em separado.
TABELA 4.1: QUANTIDADE DE INSTRUMENTOS INSTALADOS NA BARRAGEM DE ITAIPU.
TIPO DE APARELHO
FABRICANTE
MODELO
STITUAÇÃO
Vertedouro (A)
Barragem Lateral Direita (D)
Blocos de Ligação Esquerda(E)
Barragem Principal (F)
Canal de Desvio (H)
Barragem de Ligação Esquerda (I)
Casa de Força (U)
Área de Montagem Direita (S)
Área de Montagem(T)
Total por situação
Total por modelo
Total de instrumentos instalados
Legenda: O = OPERANDO
DE = DESATIVADO
DA = DANIFICADO
DEFORMÍMETRO
CARLSON
M-10
A-10
TENSOMETRO
CARLSON
C-800
C-1500
O
DE
DA
O
DE
DA
O
DE
DA
O
DE
DA
0
3
3
6
30
9
15
24
27
75
109
47
258
24
6
6
16
52
319
3
5
1
9
2
8
31
3
11
55
2
2
60
2
1
3
2
5
2
9
0
9
0
349
69
59
Antes de descrever os experimentos realizados nesse trabalho será citado um
trabalho, também feito em Itaipu, que avaliou o desempenho entre tensômetros e
deformímetros. Esses experimentos estão citados no item 4.1.
4.1 – EXPERIMENTO REALIZADO EM LABORATORIO.
4.1.1 - Generalidades
A barragem de concreto de Itaipu é constituída por estruturas do tipo
gravidade aliviada, contraforte e gravidade maciça. Sendo o bloco mais alto de 196m
de altura posicionado na região do leito do rio. Foi construída no período de 19761982. Na barragem principal os blocos chaves instrumentados foram E6, F5/6, F19/20,
F35/36 e I10, e no vertedouro os blocos A7 e A15 (ROSSO, 1996).
A barragem foi construída em camadas de concretagem com 2,5 m de
espessura, estando os instrumentos embutidos, instalados na parte central do
contraforte e das camadas de concretagem. (ROSSO, 1996).
Foram instalados, uma roseta de deformímetro ou um tensômetro, a cada
100.000 m3 de concreto. (COTRIM, 1982).
4.1.2 – Experimento no laboratório de Itaipu
Os dados a seguir foram extraídos de ROSSO(1996) e estão sendo citados,
pois foi possível no inicio da construção da barragem fazer ensaios no laboratório de
Itaipu para avaliar o desempenho entre tensômetros e deformímetros. Esses ensaios
foram feitos com corpos de prova de diâmetro 75 cm por 210 cm de altura e tiveram
incorporados durante sua moldagem, quatro tensômetros e três deformímetros,
conforme figura 4.1.
O ensaio consistiu na aplicação de cargas axiais e hidrostáticas, nas idades de
4 a 35 dias, com variações da temperatura do concreto entre 60 e 90 dias de idade e
60
manutenção do carregamento por períodos de 92 a 254 dias, para a comparação entre
as tensões aplicadas e tensões medidas.
Nos ensaios em Itaipu procurou-se avaliar os procedimentos de instalação no
concreto fresco e concreto endurecido. Os tensômetros foram apoiados sobre uma
película de argamassa rígida, com cerca de quatro mm de espessura, com traço 1:2:2
(cimento/areia/ granalha de aço), com relação a/c=0,56 e diâmetro máximo da areia e
granalha de 0,59 mm. Essa argamassa rígida tem um módulo de deformabilidade
aproximadamente iguais ao do medidor para que não haja convergência ou divergência
de tensões.
As principais conclusões obtidas desses ensaios foram:
− Os tensômetros instalados em concreto fresco (após 6 horas de formação
do “block-out”) apresentaram um melhor desempenho que aqueles
instalados em concreto endurecido;
− A camada de argamassa rígida na base do aparelho é fundamental para o
melhor desempenho dos tensômetros;
Com a introdução da argamassa no processo de instalação, constatou-se que
as tensões teriam um erro médio de 5% e máximo de 10%.
61
FIGURA
4.1: AVALIAÇÃO
LABORATÓRIO.
DO
DESEMPENHO
DOS
DEFORMÍMETROS
E
TENSÔMETROS
EM
RELÓGIO COMPARADOR
TENSÔMETRO
DEFORMÍMETRO
FONTE: VASCONCELOS E SCANDIUZZI, 1980.
4.2
–
AVALIAÇÃO
COMPARATIVA
ENTRE
TENSÔMETROS
E
DEFOMÍMETROS
Extraídos do mesmo trabalho do item anterior, os dados aqui analisados
foram fornecidos pelos instrumentos. Após 17 anos de funcionamento dos tensômetros
e deformímetros foram comparadas tensão medidas pelos instrumentos e as tensões
teóricas. Os instrumentos estudados estão instalados em posições simétricas dentro do
mesmo bloco, conforme figura 4.2.
62
FIGURA 4.2: POSIÇÃO DOS INSTRUMENTOS NO BLOCO F19/20.
σpp =teórica
σM = medida
Através desta análise observou-se que:
− Os tensômetros mostraram bom ajuste entre tensões teóricas e medidas,
sendo um instrumento confiável para a medição, tanto de tensão de
compressão em valor absoluto, como para as variações de tensão.
− No período de dois até três meses da instalação dos deformímetros, são
observadas tensões superiores às teóricas, não sendo instrumentos
confiáveis em termos de medição de tensões absolutas. A partir deste
período inicial o instrumento apresenta medidas compatíveis às dos
tensômetros.
− No período de enchimento do reservatório os deformímetros apresentam
vantagem sobre o tensômetro, pois medem também as tensões de tração.
63
4.3 – EXPERIMENTOS PROPOSTOS
Os experimentos a seguir descritos foram citados no item 4.0.
Os dados analisados são de mais de 20 anos de operação da usina. Durante
esse tempo foram registradas todas as ocorrências envolvendo os instrumentos para
auscultação, instalados na barragem de concreto.
No controle dessas ocorrências, feito pela Itaipu, os instrumentos receberam
a seguinte classificação:
−
Desativado
−
Danificado
Os instrumentos desativados foram aqueles instalados com objetivo de
observar o comportamento da barragem na fase de construção e do enchimento do
lago, para compará-lo com o previsto em projeto. Esta observação serviu também para
observar os materiais utilizados, métodos construtivos e retro alimentação do projeto.
Para a análise do desempenho dos modelos de deformímetros e de
tensômetros serão considerados neste estudo de caso, para avaliação da vida útil dos
instrumentos, somente aqueles classificados com danificados.
4.3.1 – Desempenho de tensômetros para concreto de modelos diferentes
Os instrumentos considerados nesse estudo para a avaliação da vida útil dos
tensômetros de concreto estão instalados no bloco-chave F19, posicionados na região
de jusante, o modelo A-10 na altitude 188,80 e o modelo M-10 na altitude 183,05,
como ilustra a figura 4.3.
Os instrumentos que foram objetos desse estudo estão mostrados na tabela
4.2, que consta os modelos, código de projeto, distância de montante, distancia da
junta do bloco adjacente e altitude dos referidos aparelhos. Nesta tabela verificas-se
que o TN F-22 mais a jusante que o instrumento TN F-24, enquanto esse último se
encontra mais próximo da junta entre os blocos F19/20.
64
TABELA 4.2: TENSÔMETROS ESTUDADOS.
MODELO
C-1500
C-800
CÓDIGO DO
ALTITUDE
PROJETO
TN F-22
TN F-24
DISTÂNCIA DE
MONTANTE (m)
053,75
101,25
97,00
32,30
DISTÂNCIA A
JUNTA ESQUERDA
(m)
26,00
2,58
FIGURA 4.3: LOCALIZAÇÃO NO BLOCO F 19/20 DOS TENSÔMETROS ESTUDADOS.
APARELHOS ESTUDADOS
Os tensômetros são do tipo Carlson nos modelos C-800 e C-1500, estando
descritas suas características técnicas e princípio básico de funcionamento descritos
nos itens 3.2.1 e 3.2.2, respectivamente.
Existem instalados na barragem de Itaipu 60 tensômetros do modelo C-800 e
9 do modelo C-1500.
65
Foi observada a quantidade de instrumentos de cada modelo que parou de
fornecer leitura e o tempo de funcionamento de cada instrumento, estando detalhado
na tabela 4.3.
TABELA 4.3: SITUAÇÃO DOS TENSÔMETROS DANIFICADOS
TENSOMETRO
CÓDIGO DO
INSTRUMENTO
DATA DA
OCORRENCIA
C-800
RTU9014
TNF24
TNF01
-
13/10/1981
08/08/1988
04/11/1988
-
C-1500
TOTAL DE
TEMPO DE
%
INSTRUMENTOS
FUNCIONAMENTO
DANIFICADA
INSTALADOS
4 dias
60
5
7 anos e 11 meses
9 anos e10 meses
9
0
Foram analisados os relatórios de cálculo que contém dados como as datas
das leituras, as tensões fornecidas pelo instrumento, a temperatura do concreto e a
temperatura ambiente. Esses dados estão plotados nos gráficos de 01 a 03 mostrados a
seguir.
GRÁFICO 01: TENSÕES OBTIDAS PELOS TENSÔMETROS ESTUDADOS
TENSÕES
5,00
0,00
-5,00
-10,00
-20,00
QUEBRA DO
INSTRUMENTO
-25,00
-30,00
-35,00
-40,00
-45,00
-50,00
TNF24
TNF22
22/mai/01
21/set/99
19/jan/98
21/mai/96
20/set/94
21/jan/93
11/jun/91
25/jun/90
4/set/89
22/nov/88
18/fev/88
28/abr/87
9/jul/86
15/out/85
21/mai/85
26/dez/84
6/ago/84
19/mar/84
31/out/83
27/jun/83
14/mar/83
13/dez/82
23/ago/82
5/abr/82
28/jan/82
30/abr/81
-55,00
7/ago/80
(Kgf/cm2)
-15,00
66
Como as tensões nos blocos estão estabilizadas, os valores de tensão ficam
sujeitos apenas a variação de temperatura ambiente e, por conseguinte aos máximos e
mínimos que variam de ano a ano.
Através do gráfico de tensão observa-se que o campo de leitura não atingiu o
seu máximo, sendo excluído também este fator de quebra do instrumento.
Os princípios básicos de funcionamento de ambos os modelos de tensômetro
são iguais, não sendo esse um fator de quebra.
GRÁFICO 02: TEMPERATURA DO CONCRETO FORNECIDA PELOS INSTRUMENTOS.
Temperatura do concreto
(°C) 30,0
29,0
28,0
27,0
26,0
25,0
24,0
23,0
22,0
21,0
20,0
19,0
18,0
17,0
16,0
15,0
TNF24
TNF22
23/jan/02
22/mar/00
16/jul/96
19/mai/98
20/set/94
18/nov/92
26/fev/91
3/abr/90
18/mai/89
5/jul/88
19/ago/87
29/set/86
13/nov/85
4/jun/85
26/dez/84
23/jul/84
20/fev/84
26/set/83
23/mai/83
8/fev/83
18/out/82
31/mai/82
8/fev/82
1/jun/81
7/ago/80
QUEBRA DO
INSTRUMENTO
67
GRAFICO 03: MÉDIA SEMANAL DA TEMPERATURA AMBIENTE.
09/Jul/93
Através dos gráficos observa-se que a amplitude sazonal de temperatura do
concreto não acompanha a amplitude da temperatura ambiente. O concreto não
absorve toda esta temperatura ambiente, ficando com uma amplitude de variação
inferior, oscilando a temperatura do concreto em faixa de 17°C a 22°C, enquanto que a
temperatura ambiente média, no mesmo período, na faixa de 8ºC a 30ºC.
Na época em que o tensômetro foi danificado não houve nenhum fator
anormal com a temperatura como, por exemplo, inverno rigoroso ou verão rigoroso,
que pudesse relacionar à sua quebra.
4.3.2 – Desempenho das rosetas de deformímetros de modelos diferentes
4.3.2.1 - Análise da temperatura
As rosetas de deformímetros aqui estudadas são do tipo Carlson, nos
modelos A-10 e M-10, instaladas na barragem de Itaipu, cujas características técnicas
e princípio básico de funcionamento foram descritos nos itens 3.1.2 e 3.1.3, obtidos
18/Dez/93
25/Jan/93
23/Fev/92
07/Ago/92
28/Abr/91
12/Out/91
10/Nov/90
25/Mai/90
03/Dez/89
17/Jun/89
10/Jul/88
30/Dez/88
23/Jan/88
07/Ago/87
14/Fev/87
30/Ago/86
21/Set/85
14/Mar/86
06/Abr/85
28/Abr/84
19/Out/84
27/Mai/83
12/Nov/83
04/Dez/82
18/Jun/82
31/Dez/81
10/Jul/81
23/Jan/81
31,0
30,0
29,0
28,0
27,0
26,0
25,0
24,0
23,0
22,0
21,0
20,0
19,0
18,0
17,0
16,0
15,0
14,0
13,0
12,0
11,0
10,0
9,0
8,0
7,0
07/Ago/80
°C
Temperatura ambiente média semanal
68
através da revisão bibliográfica feita nos relatórios existentes no acervo de Itaipu.
Na barragem existem instalados 30 deformímetros do modelo M-10 e 319 do
modelo A-10. A tabela 4.1 detalha a situação desses instrumentos.
Para que sejam consideradas aptas a fornecerem leitura, as rosetas precisam
ter pelo menos dois deformímetros, das posições 1, 2, 3 e 4, fornecendo leitura e a
posições 5 e 6 devem estar funcionando ou pelo menos constantes. As posições dos
deformímetros estão mostradas na figura 3.1.
As rosetas que foram analisadas nessa pesquisa estão descritas na tabela 4.3
e localizadas no bloco chave A7, conforme mostra a figura 4.4.
TABELA 4.4: ROSETAS ESTUDADAS.
MODELO
M-10
A-10
CÓDIGO DO
PROJETO
RD-A-02
RD-A-01
ALTITUDE
DISTÂNCIA DE
MONTANTE (m)
DISTÂNCIA A
JUNTA ESQUERDA
(m)
183,05
188,80
41,00
41,00
9,00
12,50
FIGURA 4.4: LOCALIZAÇÃO DAS ROSETAS DE DEFORMÍMETROS NO BLOCO A 7.
RD A 01
RD A 02
69
Foi observada a quantidade de instrumentos de cada modelo que parou de
fornecer leitura e o tempo de funcionamento de cada instrumento, estando detalhado
na tabela 4.5.
TABELA 4.5: SITUAÇÃO DOS TENSÔMETROS DANIFICADOS
DEFORMÍMETRO
M-10
A-10
CÓDIGO DO
INSTRUMENTO
DATA DA
OCORRENCIA
RDA02 2
RDA02 3
RDA02 4
RDA02 5
RDA02 6
RDA03 1
RDA03 2
RDA03 3
RDA03 4
RDA03 5
RDA03 6
RDF71 1
RDF71 2
RDF71 3
RDF71 4
RDF71 5
RDF71 6
RDF72 2
RDF72 4
RDF72 5
RDF72 6
RDF73 1
RDF73 3
RDF73 4
RDF73 5
RDF73 6
RDD02 6
RDD04 6
RDD08 2
RDF41 3
RDF42 2
RDF42 3
RDF44 3
RDF28 1
RDU07 4
27/10/1988
23/07/1987
27/10/1987
22/11/1988
09/01/1989
29/11/1990
31/08/1988
12/06/1991
12/06/1991
21/12/1989
04/08/1987
21/11/1994
20/09/1995
17/11/1992
07/02/1983
04/02/1985
14/08/1995
14/12/1993
01/02/1989
07/03/1989
20/10/1993
19/08/1997
21/06/1994
20/08/1991
19/05/1992
19/09/1990
12/05/1981
22/07/1991
16/10/1989
10/04/1984
03/12/1981
03/12/1981
17/02/1981
05/02/1986
23/03/1994
TOTAL DE
TEMPO DE
%
INSTRUMENTOS
FUNCIONAMENTO
DANIFICADA
INSTALADOS
9 anos e 8 meses
8 anos e 5 meses
8 anos e 8 meses
9 anos e 9 meses
9 anos e 11 meses
11 anos e 9 meses
9 anos e 6 meses
12 anos e 4 meses
12 anos e 4 meses
11 anos e 10 meses
8 anos e 6 meses
15 anos e 9 meses
16 anos e 7 meses
30
87
13 anos e 9 meses
4 anos
6 anos
16 anos e 4 meses
14 anos e 10 meses
10 anos
10 anos e 1 mês
14 anos e 8 meses
18 anos e 7 meses
15 anos e 5 meses
12 anos e 7 meses
13 anos e 4 meses
11 anos e 8 meses
1 ano e 2 meses
12 anos e 3 meses
10 anos e 7 meses
3 anos e 8 meses
2 dias
319
2,8
2 dias
2 dias
5 anos e 7 meses
13 anos e 11 meses
O gráfico que mostra o período de tempo que cada instrumento danificado
funcionou, está no anexo 01.
Como um dos objetivos do estudo de caso é saber se a temperatura tem
70
alguma influência para que ocorra dano ao instrumento, foram analisados os relatórios
de cálculo dos instrumentos estudados, onde constam a temperatura ambiente e a
temperatura do concreto no ponto onde está instalado o instrumento, para a verificação
dessa hipótese.
Foram plotados os gráficos 04 a 06 referentes a esses dados e observado o
comportamento do instrumento segundo estas variáveis, dados que são fornecidos pelo
software utilizado na Itaipu para tratamento das leituras obtidas.
GRÁFICO 04: TEMPERATURA DO CONCRETO MEDIDA PELA ROSETA DE DEFOMÍMETROS RD A 01
Temperatura medida por RD A 01
ºC
45
40
35
30
25
20
15
ja
n/
7
ju 9
l/
j a 79
n/
8
ju 0
l/
j a 80
n/
8
ju 1
l/
j a 81
n/
8
ju 2
l/
j a 82
n/
8
ju 3
l/
j a 83
n/
8
ju 4
l/
j a 84
n/
8
ju 5
l/
j a 85
n/
8
ju 6
l/
j a 86
n/
8
ju 7
l/
j a 87
n/
8
ju 8
l/
j a 88
n/
8
ju 9
l/
j a 89
n/
9
ju 0
l/
j a 90
n/
9
ju 1
l/
j a 91
n/
9
ju 2
l/
j a 92
n/
9
ju 3
l/
j a 93
n/
9
ju 4
l/
j a 94
n/
9
ju 5
l/
j a 95
n/
9
ju 6
l/
j a 96
n/
9
ju 7
l/
j a 97
n/
9
ju 8
l/
j a 98
n/
9
ju 9
l/
j a 99
n/
0
ju 0
l/
j a 00
n/
0
ju 1
l/
j a 01
n/
0
ju 2
l/0
2
10
braço 1
braço 2
braço 3
braço 4
braço 5
braço 6
set/85
jan/86
mai/86
nov/81
ago/82
fev/82
mai/82
nov/82
fev/83
mai/83
ago/83
nov/83
fev/84
mai/84
ago/84
nov/84
fev/85
mai/85
ago/85
set/86
nov/85
jan/87
fev/86
mai/87
mai/86
ago/86
set/87
mai/88
nov/86
fev/87
mai/87
ago/87
set/88
71
jan/88
GRÁFICO 05: TEMPERATURA DO CONCRETO MEDIDA PELA ROSETA DE DEFOMÍMETROS RD A 02
mai/85
mai/81
ago/81
braço 6
jan/85
fev/81
Temperatura medidad por RD A 02 (M-10)
set/84
nov/80
braço 5
mai/84
ºC
jan/84
36
set/83
34
mai/83
mai/80
ago/80
braço 4
jan/83
fev/80
braço 3
set/82
32
mai/82
30
jan/82
nov/79
braço 2
set/81
Temperatura média semanal
mai/81
mai/79
ago/79
braço 1
jan/81
28
set/80
26
mai/80
24
jan/80
fev/79
22
set/79
20
mai/79
GRAFICO 06: TEMPERATURA AMBIENTE MÉDIA SEMANAL
ºC
31
29
27
25
23
21
19
17
15
13
11
9
7
Analisando os gráficos plotados com os dados até a data de sua quebra e que
4.3.2.2 - Análise das tensões
jan/79
72
estão nos anexos de 01 a 07, observa-se que das rosetas de deformímetros RD A
01(anexo 02) e RD F 01(anexo 03), modelos A-10, que:
- os instrumentos referidos estão em funcionamento até a data deste trabalho;
- a variação das tensões é bem definidas em inverno/verão.
Nos gráficos das rosetas RD A 02 (anexo 04), RD A 03 (anexo 05), RD F 72
(anexo 06), RD F 71 (anexo 07) e RD F 73 (anexo 08), modelos M-10, observase que:
-
os instrumentos não estão funcionando mais;
-
a variação das tensões não é bem definida.
Comparando os gráficos dos instrumentos que estão funcionando com os que
não estão, observa-se ainda que os primeiros apresentam a amplitude de variação das
tensões maior que os instrumentos que não funcionam.
Este fato pode ter ocorrido pelo fato do instrumento do modelo M-10 ser
destinado a medidas em laboratório, sendo indicado para instalação em corpos de
provas, por isso o aparelho apresenta um transdutor menor, bem como seu diâmetro,
tornando menos robusto em relação modelo A-10.
4.3.2.3 – Análise dos componentes internos dos deformímetros
Como as hipóteses anteriores não tiveram influencia sobre o desempenho dos
instrumentos, foram abertos deformímetros de ambos os modelos para uma análise
visual do funcionamento e dos componentes internos dos instrumentos.
Durante o processo de abertura, foi-se fotografando os passos seguidos,
sendo mostrado nos itens a seguir:
a. Deformímetro do modelo A-10
b. Deformímetro do modelo M-10
73
a) Deformímetro do modelo A-10
Na foto 4.1, apresenta-se um deformímetro do modelo A-10, fechado, e
também a sua proteção de PVC, sendo a parte central aberta para salientar o corpo do
instrumento. Nessa figura pode se ver o tubo de latão que envolve os componentes
internos do instrumento. Esse tubo possui uma extremidade lisa e outra em formato de
fole adequado para absorver as deformações do concreto e permitir a livre
movimentação das hastes no interior do instrumento.
FIGURA 4.1: DEFORMÍMETRO DO MODELO A-10 SEM A PROTEÇÃO DE PVC.
CABO DE
CONTROLE
FOLE
LATÃO
PVC
Dentro deste tubo existe um óleo que envolve seus componentes,
protegendo-os contra a corrosão.
As figuras 4.2 e 4.3, mostram o instrumento aberto, sendo possível observar
as partes que o compõe:
- Duas hastes de tamanhos diferentes, sendo uma mais longa (haste 1)
fixada na extremidade de fixação do instrumento na aranha;
- Dois carretéis de cerâmica (não condutor) fixados em cada haste, em
74
extremidade e faces opostas;
- Resistências que se compõem de um fio de aço de 0,06 mm que se
enrolam no par de carretéis de cada haste, formando desta maneira as duas
resistências (R1 e R2), utilizadas para indicar as leituras do instrumento.
FIGURA 4.2: DEFORMÍMETRO DO MODELO A-10, ABERTO COM SEUS COMPONENTES INTERNOS
VISIVEIS.
HASTE 1
HASTE 2
BOBINA
FIGURA 4.3.: RESISTENCIAS DO DEFORMIMETRO MODELO A-10.
BOBINAS
RESISTÊNCIAS
75
A figura 4.4 mostra dois deformímetros, lado a lado e em posições
diferentes, para melhor visualização das resistências e dos componentes internos.
FIGURA 4.4: DEFORMÍMETROS MODELO A-10, ABERTOS.
BOBINAS
HASTE 2
HASTE 2
BOBINAS
HASTE 1
HASTE 1
RESISTÊNCIAS
76
b) Deformímetro do modelo M-10
O deformímetro de modelo M-10 também foi aberto, também com o objetivo
de identificar os componentes internos e observação das diferenças construtivas em
relação ao modelo A-10. A figura 4.5 mostra o deformímetro antes da desmontagem e
sem a proteção de PVC. A figura 4.6 mostra o corpo do instrumento, onde está o
transdutor e a extensão do corpo do instrumento para que esse tenha o comprimento
superior a 2,5 a 3,0 vezes o tamanho do diâmetro do agregado graúdo, citado no item
3.1.1, e que no caso de Itaipu utilizou-se o de 76 mm para preenchimento dos recessos
(”block-out”) de instalação.
Esse medidor possui um tubo protetor de aço inoxidável, liso e composto de
duas partes de comprimentos diferentes, sendo o menor de proteção do transdutor, que
encontra-se acoplado ao cabo do instrumento. A parte maior refere-se a extensão
utilizada para fixar o instrumento na aranha e sem fole ao invés de latão e com fole
como no modelo A-10. Seu transdutor é bem menor, sendo parafusado a uma outra
parte, apenas para que seu tamanho seja adequado ao tamanho do agregado usado na
obra, pois como já foi dito, o deformímetro deve ter 2,5 a 3 vezes o tamanho do
agregado graúdo.
FIGURA 4.5: DEFORMIMETRO DO MODELO M-10 SEM A PROTEÇÃO DE PVC.
CABO DE
CONTROLE
77
FIGURA 4.6: PARTES DO DEFORMIMETRO M-10.
PARAFUSO
CORPO
FIGURA 4.7: DETALHE DO DEFORMIMETRO DO MODELO M-10.
A figura 4.8 mostra o tubo de proteção do corpo do instrumento e os
componentes internos do deformímetro do modelo M-10.
78
FIGURA 4.8: COMPONENTES INTERNOS DO DEFORMIMETRO M-10.
CORPO
ANEL DE
BORRACHA
PARAFUSO
BOBINAS
RESISTÊNCIA
FIGURA 4.9: DOIS DEFORMÍMETROS DO MODELO M-10.
EMENDAS
BOBINA
CORPO
ANEL DE
BORRACHA
PARAFUSO
79
O princípio básico de funcionamento dos modelos apresentados nas figuras
anteriores é igual.
A constituição dos componentes internos é diferente para cada modelo de
deformímetro.
No modelo A-10, o corpo do instrumento é constituído de uma única peça,
que contém um fole para absorção da deformação e sua haste maior estando
centralizada e ligada a ponto de fixação da aranha, serve de referência para o
deslocamento da outra haste.
O modelo M-10 é composto de 2 partes, ligadas através de um parafuso,
sendo uma ao corpo do instrumento e outra parte é utilizada como extensão da haste
inferior até o ponto de fixação na aranha, servindo de referencia para o deslocamento
da outra haste. Esta diferença pode ser vista na figura 4.10.
FIGURA 4.10 – DEFOMÍMETRO A-10 (A) E M-10 (B)
(B)
(A)
80
Depois de analisado os dois instrumentos, percebe-se que o de modelo M-10,
por ser destinado a ensaios de laboratório, é mais frágil que o modelo A-10. Nota-se
isso ao observar que os componentes internos do primeiro modelo são menores, pois o
espaço físico deles dentro do tubo é menor devido ao diâmetro reduzido em relação ao
modelo A-10.
Outro ponto importante salientar é a ligação entre as partes do modelo M-10,
parte onde está o transdutor e sua extensão. A ligação por parafuso é um ponto frágil
onde pode ocorrer ruptura quando o concreto sofrer deformação naquele ponto, sendo.
81
5.0 – CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
Com o estudo baseado em leituras fornecidas pelos instrumentos, relatórios
de cálculo, nos relatórios técnicos e pareceres dos consultores da barragem de Itaipu e
em artigos publicados no ICOLD e SNGB, sobre barragens, este estudo permite chegar
a algumas conclusões, que serão descritas a seguir.
5.1 – QUANTO A TEMPERATURA
Pelos dados observados das leituras dos instrumentos observa-se que a
variação de temperatura do concreto não ocorre da mesma forma nem na mesma
amplitude que a temperatura ambiente.
A amplitude de variação da temperatura do concreto é metade da variação da
temperatura ambiente e se da num período de seis meses, com isso a temperatura não
se caracteriza como um fator que afeta o desempenho, tanto dos tensômetros quanto
dos deformímetros.
5.2 – QUANTO AO FUNCIONAMENTO
Tanto
tensômetros
quanto
deformímetros
tem
os
princípios
de
funcionamento básico iguais entre os modelos, não sendo, portanto este um fator de
danificação dos instrumentos.
Nestes instrumentos observou-se que se danificaram antes de atingir o campo
máximo de leitura
Nos instrumentos depois de abertos, observa-se que os componentes internos
do modelo M-10 são menores que o modelo A-10, devido às diferenças construtivas.
Outra diferença importante é que o primeiro modelo é constituído de duas partes. Uma
parte contém o transdutor e a outra é apenas uma extensão para que o instrumento
tenha o tamanho especificado para o traço de concreto utilizado em Itaipu. Estas partes
82
são unidas por um parafuso de 38 mm, sendo este um fator de danificação do
instrumento, pois é um ponto frágil, suscetível a quebra.
Outro ponto importante é o fato do instrumento do modelo M-10 ser
destinado a ensaios de laboratório, em corpos de prova, sendo por isso um aparelho
menor e menos robusto, não indicado para uso em estruturas em serviço.
5.3 – QUANTO AO TEMPO DE FUNCIONAMENTO
As rosetas de deformímetros do modelo M-10 instaladas, já não funcionam
mais, estando 26 dos 30 deformímetros danificados e o restante desativado, pois são
necessárias pelo menos quatro deformímetros por roseta para que a mesma consiga
fornecer leitura.
Mesmo com um número superior de instrumentos instalado, os
deformímetros do modelo A-10 não chegaram a ter um número de instrumentos
danificados superior aos do modelo M-10, estando 81% ainda em funcionamento após
23 anos de operação.
Os tensômetros do modelo C-1500 mostraram-se superior ao modelo C-800,
já que não houve nenhum instrumento danificado do primeiro modelo, enquanto o
segundo modelo danificaram-se 5%.
Verifica-se que os modelos que mais danificaram, tanto dos deformímetros
quanto dos tensômetros, foram os instrumentos com campo maior de leitura.
5.4 – RECOMENDAÇÕES
Como não foi possível analisar alguns pontos nesta pesquisa recomenda-se
nas próximas que se faça:
-
Análise química do óleo que envolve os componentes internos dos
instrumentos, para a comprovação das características isolantes e
anticorrosivas;
-
Análise volumétrica do óleo que envolve os componentes internos dos
83
instrumentos, pois este óleo não deve preencher por completo o tubo.
Isto prejudicaria a leitura da deformação, impedindo as resistências de se
moverem;
-
Esta pesquisa deve ser estendida a avaliação do desempenho de todos os
instrumentos utilizados para a auscultação de barragens, tanto
instrumentos para fundação, quanto para concreto.
84
REFERÊNCIAS
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Geologia de Engenharia. 1ª edição ,1979.
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Editora Loyola, 1993. Capítulo 14, p. 437-465.
ANDRIOLO, Francisco R. – Propriedades de concreto: manual de práticas para controle
e execução. São Paulo: Pini, 1984. Capítulo 13, p. 635-729.
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SÃO PAULO. Guia Básico de Segurança de Barragens. São Paulo, 1999.
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LOPES, Manoel. Aparelhagem para a medição de extensões. Anais...In: Colóquio sobre
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LUZ, Gilson Machado de; LUNA, Sergio Lemos de GESTIN CONCRETO – Sistema
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SANTOS JUNIOR, Manuel Joaquim; IRIGOYEN, Eduardo Roberto Costa Metrologia
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instrumentação de Barragens no Brasil, vol 1, Belo Horizonte, 1996. 123 p.
85
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86
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GRAFICO 07: INSTRUMENTOS DANIFICADOS DE AMBOS OS MODELOS
Instrumentos danificados
RDF73 6(M-10)
RDF73 5(M-10)
RDF73 4(M-10)
RDF73 3(M-10)
RDF73 1(M-10)
RDF72 6(M-10)
RDF72 5(M-10)
RDF72 4(M-10)
RDF72 2(M-10)
RDF71 6(M-10)
RDF71 5(M-10)
RDF71 4(M-10)
RDF71 3(M-10)
RDF71 2(M-10)
RDF71 1(M-10)
RDF44 3(A-10)
RDF42 3(A-10)
RDF42 2(A-10)
RDF41 3(A-10)
RDF28 1(A-10)
RDD08 2(A-10)
RDD04 6(A-10)
RDD02 6(A-10)
RDA03 6(M-10)
RDA03 5(M-10)
RDA03 2(M-10)
RDA03 1(M-10)
RDA02 6(M-10)
RDA02 5(M-10)
RDA02 4 (M-10)
RDA02 3 (M-10)
RDA02 2 (M-10)
365
jan/80
730
jan/81
1095
jan/82
1460
jan/83
1825
jan/84
2190
jan/85
2555
jan/86
2920
3285
jan/87
3650
jan/88
jan/98
4015
jan/89
4380
jan/90
4745
jan/91
5110
jan/92
5475
jan/93
5840
jan/94
6205
6570
jan/95
6935
jan/96
7300
jan/97
ANEXO 01
0
jan/79
GRAFICO 08: TENSÕES MEDIDAS PELA ROSETA DO MODELO A-10, RD A 01
Tensão em RD A 01(A-10)
Kgf/cm 2
braço 2
braço 3
braço 4
braço 5
ar
/0
2
m
ar
/0
1
m
ar
/0
0
m
ar
/9
9
m
ar
/9
8
m
ar
/9
7
m
ar
/9
6
m
ar
/9
5
m
ar
/9
4
m
ar
/9
3
m
ar
/9
2
m
ar
/9
1
m
m
ar
/9
0
ar
/8
9
m
ar
/8
8
m
ar
/8
7
m
m
ar
/8
5
m
ar
/8
4
m
ar
/8
3
m
ar
/8
2
m
ar
/8
1
m
ar
/8
0
m
ar
/7
9
m
ar
/8
6
braço 1
ANEXO 02
30
25
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
-55
-60
-65
-70
-75
-80
GRAFICO 09: TENSÕES MEDIDAS PELA ROSETA DO MODELO A-10, RD F 01
Tensão em RD F 01(A-10)
Kgf/cm
2
braço 2
braço 3
braço 4
braço 5
ago/02
ago/01
ago/00
ago/99
ago/98
ago/97
ago/96
ago/95
ago/94
ago/93
ago/92
ago/91
ago/90
ago/89
ago/88
ago/86
ago/85
ago/84
ago/83
ago/82
ago/81
ago/80
ago/79
ago/87
braço 1
ANEXO 03
30
25
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
-55
-60
-65
-70
-75
-80
-85
-90
-95
-100
-105
-110
-115
-120
GRAFICO 10: TENSÕES MEDIDAS PELA ROSETA DO MODELO M-10, RD A 02
Tensão em RD A 02(M -10)
Kgf/cm 2
30
25
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
braço 2
braço 3
braço 5
/8
8
se
t
/8
8
ab
r
/8
7
no
v
n/
87
ju
n/
87
ja
o/
86
/8
6
ag
5
braço 4
m
ar
5
t/8
ou
/8
m
ai
/8
4
4
de
z
l/8
ju
v/
84
fe
/8
3
se
t
/8
3
ab
r
/8
2
no
v
ju
n/
82
ja
o/
81
ag
0
/8
1
m
ar
0
t/8
ou
9
/7
9
/8
m
ai
de
z
l/7
ju
fe
n/
82
braço 1
ANEXO 04
v/
79
-50
-55
-60
-65
-70
-75
-80
GRAFICO 11: TENSÕES MEDIDAS PELA ROSETA DO MODELO M-10, RD A 03
Tensão em RD A 03(M-10)
braço 2
braco 3
braço 4
braço 5
ago/90
fev/90
ago/89
fev/89
ago/88
fev/88
ago/87
fev/87
ago/86
fev/86
ago/85
fev/85
ago/84
fev/84
ago/83
fev/83
fev/82
ago/81
fev/81
ago/80
fev/80
ago/79
ago/82
braço 1
ANEXO 05
30
25
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
-55
-60
-65
-70
-75
-80
fev/79
Kgf/cm
2
GRAFICO 12: TENSÕES MEDIDAS PELA ROSETA DO MODELO M-10, RD F 71
Tensão em RD F 71(M-10)
Kgf/cm 2
ago/79
fev/80
ago/80
fev/81
braço 1
ago/81
fev/82
braço 2
ago/82
braço 3
fev/83
braço 4
ago/83
braço 5
fev/84
ago/84
fev/85
ANEXO 06
30
25
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
-55
-60
-65
-70
-75
-80
fev/79
GRAFICO 13: TENSÕES MEDIDAS PELA ROSETA DO MODELO M-10, RD F 72
Tensão em RD F 72(M-10)
Kgf/cm2
30
25
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
-55
-60
-65
braço 1
braço 2
braço 3
braço 4
braço 5
fev/89
out/88
jun/88
fev/88
out/87
jun/87
fev/87
out/86
jun/86
fev/86
out/85
jun/85
fev/85
out/84
jun/84
fev/84
out/83
jun/83
fev/83
out/82
jun/82
fev/82
out/81
jun/81
fev/81
out/80
jun/80
fev/80
out/79
jun/79
fev/79
-80
ANEXO 07
-70
-75
GRÁFICO 14: TENSÕES MEDIDAS PELA ROSETA DO MODELO M-10, RD F 73
Tensão em RD F 73(M-10)
kgf/cm2
30
25
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
-55
-60
-65
-80
jan/79
jan/80
jan/81
jan/82
jan/83
jan/84
jan/85
jan/86
BRAÇO 1
jan/87
jan/88
BRAÇO 2
jan/89
jan/90
BRAÇO 3
jan/91
jan/92
BRAÇO 4
jan/93
jan/94
BRAÇO 5
jan/95
jan/96
jan/97
ANEXO 08
-70
-75