C ONTEXTE DE NOTRE RECHERCHE :

Além da questão relativa à imposição de uma temperatura fixada em 140ºC para a mistura asfáltica como referência de projeto, as especificações técnicas das obras da barragem principal da UHE Jirau determinavam um limite diário de lançamento de 4 camadas de 0,20m de espessura (80cm diários na construção do núcleo) e a necessidade de um período de repouso subsequente de 24h para a plena consolidação da mistura. Tal premissa visa garantir a estabilidade estrutural do aterro, uma vez que, no caso de uma altura excessiva do material betuminoso ‘plástico’, podem ocorrer problemas como o afundamento do rolo por perda de capacidade de suporte da mistura (Figura 6.5) ou a indução de excentricidades do núcleo, em função de deslocamentos de material e distorções do conjunto final.

Figura 6.5 – Perda da estabilidade estrutural da mistura asfáltica

De uma maneira geral, a estabilidade estrutural da mistura depende da sua própria composição granulométrica (afetada por fatores tais como tipo e fabricação dos agregados; peneiramento da central de mistura; modificação do traço no decorrer da execução, etc); da temperatura de lançamento (muito influenciada pelo tipo e pelo teor de CAP presente) e da metodologia construtiva do núcleo asfáltico (número de camadas lançadas, velocidade de execução; condições de confinamento das camadas, etc).

Assim, torna-se relevante estudar o comportamento tensão-deformação destas misturas asfálticas, sob diferentes temperaturas de preparação, tanto para as condições construtivas, como para as condições operacionais da barragem. No presente estudo, optou-se pela segunda hipótese, ou seja, analisar a influência da temperatura sobre o comportamento tensão-deformação da massa asfáltica efetivamente lançada e compactada no núcleo da barragem.

Neste propósito, foram extraídas 30 amostras indeformadas da última camada lançada do núcleo asfáltico da barragem, moldadas com 10cm de diâmetro e 12,5 cm de altura. A Figura 6.6 apresenta a análise granulométrica, teor de CAP e outras características do material constituinte da última camada lançada do núcleo da barragem principal da UHE Jirau. As amostras foram, então, submetidas a imersão em água (processo de banho-maria) aquecida em estufa, por aproximadamente 30 minutos, até ser atingida a temperatura prevista do ensaio.

Figura 6.6 – Resultados dos ensaios de caracterização do material da última camada do núcleo asfáltico da barragem

Foram adotadas as temperaturas de ensaio de 30ºC, 500C, 700C e 900C, inferiores à temperatura de ebulição da água em condições normais de pressão. Para garantir a homogeneidade da distribuição das temperaturas, as amostras foram mantidas por um prazo adicional de 1h na estufa. Em seguida, as amostras foram submetidas a ensaios de compressão simples em uma prensa tipo Marshall, pois as grandes deformações sofridas pelas amostras de material betuminoso não são compatíveis com a utilização de prensas convencionais.

Resultados típicos destes ensaios são mostrados nas Figuras 6.7 a 6.10, para amostras ensaiadas sob temperaturas de ensaio de 30ºC, 500C, 700C e 900C, respectivamente.

0,0 100,0 200,0 300,0 400,0 500,0 600,0 700,0 0 ,5 ₁,0 ₁,5 ₂,0 ₂,5 ₃,1 ,6_{3 4},1 ₅,1 ₆,1 ₇,1 ₈,2 ₉,2 1 0 ,2 T en sã o (K P a ) Deforma çã o (%) Tensão x Deformação - 30 C AM01 30 C AM02 30 C AM03 30 C

Figura 6.7 – Curvas tensão - deformação para amostras sob temperaturas de 30ºC

0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 300,0 350,0 400,0 450,0 0 ,5 1 ,0 1 ,5 2 ,0 2 ,5 3 ,1 3 ,6 4 ,1 5 ,1 6 ,1 7 ,1 8 ,2 9 ,2 1 0 ,2 T e n sã o ( K P a ) Deforma çã o (%) Tensão x Deformação - 50 AM01 50 C AM02 50 C AM03 50 C

Figura 6.8 – Curvas tensão - deformação para amostras sob temperaturas de 50ºC

0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 300,0 0 ,5 ₁,0 ₁,5 ₂,0 ₂,5 ₃,0 ,5_{3 4},0 ₅,0 ₆,0 ₇,0 ₈,0 ₉,0 1 0 ,0 T en sã o (K P a ) Deforma çã o (%) Tensão x Deformação - 70 C AM01 70 C AM02 70 C AM03 70 C

0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 140,0 0 ,5 ₁,0 ₁,5 ₂,0 ₂,5 ₃,0 ,5_{3 4},0 ₅,1 ₆,1 ₇,1 ₈,1 ₉,1 1 0 ,1 T en sã o (K P a ) Deforma çã o (%) Tensão x Deformação - 90 C AM01 90 C AM02 90 C AM03 90 C

Figura 6.10 – Curvas tensão - deformação para amostras sob temperaturas de 90ºC A Figura 6.11 apresenta os resultados comparativos do comportamento tensão-deformação das amostras ensaiadas sob diferentes temperaturas, em termos das curvas médias obtidas. Nota-se claramente a dificuldade de definição da tensão máxima de ensaio para as amostras sob temperaturas de 90ºC (fixada arbitrariamente após cerca de 10 min de ensaio devido às enormes dificuldades de trabalhabilidade com estas amostras).

0 100 200 300 400 500 600 700 0,0 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5 T e n sã o ( K P a ) Deforma çã o (%)

Tensão x Deformação (Fluência)

Tempera tura 90 C Tempera tura 70 C Tempera tura 50 C Tempera tura 30 C

Figura 6.11 – Curvas tensão - deformação médias das amostras ensaiadas

Há uma perda substancial do comportamento tensão - deformação com o incremento das temperaturas, o que se evidencia sobremaneira com a correlação entre os valores das resistências não confinadas obtidas para os diferentes ensaios (Figura 6.12).

0 100 200 300 400 500 600 700 1 2 3 R e si st ê n c ia à C o m p re ss ã o ( K P a ) Amostra

Resistencia à Compressão Não Confinada (qu)

Tempera tura 90 C Tempera tura 70 C Tempera tura 50 C Tempera tura 30 C

Figura 6.12 – Resultados em termos das resistências à compressão não confinada Os resultados demonstram a grande influência dos efeitos das variações de temperatura na estabilidade estrutural de núcleos asfálticos de barragens do tipo BENA. Assim, há que se ter muito cuidado em relação à metodologia construtiva deste núcleo em estágios, de forma a garantir realmente uma efetiva dissipação de temperaturas no processo de consolidação das camadas lançadas. No caso da barragem da UHE Jirau, a limitação do lançamento em quatro camadas diárias, de 20cm de espessura, foi adotada com base exclusivamente na experiência da equipe de campo, associada basicamente ao comportamento do rolo compactador.

Sob temperaturas de referência de 140ºC e considerando o efeito de confinamento imposto pelas camadas superiores que tendem a reduzir as taxas de dissipação das temperaturas das camadas previamente lançadas, estas influências devem ser estudadas com bastante critério e precaução. Assim, recomenda-se expressamente uma avaliação destas influências no escopo específico de cada projeto, para definição do limite diário de construção do núcleo, pelos enormes impactos decorrentes sobre a produtividade dos trabalhos.

CAPÍTULO

7

C

COONNCCLLUUSSÕÕEESSEESSUUGGEESSTTÕÕEESS

DDEEOOUUTTRROOSS

EESSTTUUDDOOSS

7.1 – CONCLUSÕES PRINCIPAIS

O comportamento geotécnico do núcleo asfáltico constitui a premissa básica de projeto de barragens de enrocamento que utilizam esta tecnologia como elemento de vedação (BENA). Neste contexto, impõe-se estabelecer procedimentos rigorosos de controle em relação às propriedades tecnológicas do CAP (cimento asfáltico de petróleo), dos agregados presentes na mistura asfáltica, da transição fina, dos enrocamentos e de suas correspondentes misturas, bem como das metodologias construtivas associadas ao lançamento e compactação destas misturas em campo. Entre outros fatores, o controle da temperatura de disposição da mistura tem impacto direto na eficiência do processo e na resposta do núcleo como elemento estrutural e de estanqueidade da barragem.

No âmbito da barragem principal da UHE Jirau, estes controles foram aplicados com bastante critério, e nortearam a adoção de estudos específicos por meio de ensaios e da implantação de aterros experimentais, particularmente em relação às temperaturas de lançamento e compactação da mistura asfáltica. Com base numa aferição prévia das propriedades tecnológicas dos componentes da mistura (CAP e agregados), procedeu-se à determinação do traço inicial da argamassa asfáltica, compatibilizando aspectos tais como trabalhabilidade, compactação, impermeabilidade e redução de custos.

Os resultados destes experimentos resultaram na obtenção de um traço com composição final constituída por quatro diferentes tipos de agregados (brita de 16mm, brita de 11mm e brita de 8mm e areia de 3mm), fíler dolomítico e dos agregados e 6,8% (porcentagem em peso) de CAP. Este traço foi validado posteriormente para constituir o material de construção do núcleo asfáltico da UHE Jirau por meio da execução de um aterro experimental, que incluiu a simulação do processo de lançamento das transições e a construção de uma laje de concreto para simular o plinto.

Diversos procedimentos foram adotados para avaliar a consistência das especificações técnicas e dos parâmetros de projeto adotados para a avaliação da estabilidade estrutural da barragem, que incluíram o controle de qualidade da execução do núcleo asfáltico, dos enrocamentos e das transições.

Esta sistemática de controle era praticada desde as aferições prévias da adequação e caracterização dos materiais de construção, o que incluía particularmente a garantia de misturas asfálticas com temperaturas mínimas de 135°C para disposição no núcleo. Após o lançamento de uma dada camada, uma amostra deformada do material era coletada ainda quente e levada, então, ao laboratório para a execução dos ensaios para a determinação da massa seca e submersa e da massa específica máxima (ou massa específica real) da mistura e estimativa dos respectivos volumes de vazios. O valor médio dos volumes de vazios foi da ordem de 0,96% e constatou-se uma quase equivalência entre os valores médios das densidades real e aparente das amostras ensaiadas, num universo de 1070 amostras ensaiadas.

Após a consolidação, amostras indeformadas da mistura foram retiradas, seccionadas e ensaiadas para aferir os resultados dos ensaios realizados nas amostras deformadas, de forma a ratificar ou não os volumes de vazios pré-determinados e para avaliação direta das condições das interfaces entre diferentes camadas. Os resultados mostraram a efetividade da metodologia construtiva aplicada ao núcleo asfáltico, uma vez que todas as subcamadas avaliadas apresentaram volumes de vazios inferiores a 3% (variações limites entre 0,89% e 1,16%).

Analogamente, parâmetros de controle baseados em parâmetros da granulometria e densidade dos materiais foram aplicados aos enrocamentos e transições utilizadas na construção da barragem. Por outro lado, o controle de compactação foi feito mediante a adoção de um número mínimo de seis passadas do rolo liso vibratório, parâmetro este obtido com base nas avaliações do comportamento geotécnico das primeiras camadas lançadas em campo. Constatou-se ainda um ganho significativo da eficiência da compactação na redução da porosidade da porção superior da camada de base, após o lançamento das camadas seguintes, o que permitiu inferir a extrapolação destes efeitos às camadas subjacentes e um efeito cumulativo de enrijecimento global da estrutura.

Pela sua influência decisiva em relação às características de fluidez e no processo de autoadensamento da mistura, a temperatura foi analisada no âmbito da construção do núcleo asfáltico da barragem da UHE Jirau sob dois diferentes enfoques. No primeiro caso, buscou-se avaliar a influência da temperatura sobre a trabalhabilidade e densidade final da mistura por meio da construção de quatro aterros experimentais, utilizando diferentes temperaturas de lançamento da mistura (140ºC, 130ºC, 110ºC e 100ºC), considerando ou não a compactação das camadas lançadas.

Na campanha experimental, constatou-se que temperaturas próximas à 120ºC constituem o limiar que implica o surgimento de efeitos de aderência da mistura betuminosa aos equipamentos de carga e de espalhamento, comprometendo a fluência e a trabalhabilidade do material. Entretanto, mesmo sob baixas temperaturas, o material preservou as suas características autoadensáveis, embora de forma mais lenta que nas condições especificadas de campo (140ºC).

O máximo valor obtido para o volume de vazios, para todas as amostras coletadas dos quatro aterros experimentais, foi da ordem de 0,89%, ligeiramente inferior à média obtida para o núcleo da barragem (0,96%), constatando-se uma tendência geral de elevação da porosidade da mistura com a redução das temperaturas de lançamento, mais pronunciada no caso das misturas não compactadas.

A principal conclusão destes resultados, porém, é que, nesta mistura mesmo sob baixas temperaturas, menores que a especificada em projeto, os volumes de vazios das misturas mantiveram-se sempre acima do limite inferior prescrito de 3%, ou seja, baixas temperaturas (até 100ºC) não comprometeram e não constituíram parâmetros inibidores para o bom desempenho do núcleo asfáltico vedante da barragem principal da UHE Jirau.

Em abordagem distinta, 30 amostras indeformadas foram extraídas da última camada lançada do núcleo asfáltico da barragem e aquecidas em banho-maria sob temperaturas de 30ºC, 500C, 700C e 900C até homogeneização e estabilização das temperaturas quando, então, foram submetidas a ensaios de compressão simples em uma prensa tipo Marshall, compatíveis com as grandes deformações previstas.

Os resultados demonstraram uma forte influência das variações de temperatura na estabilidade estrutural de núcleos asfálticos de barragens do tipo BENA, uma vez que foram verificadas perdas substanciais do comportamento tensão - deformação das misturas com o incremento das temperaturas. Assim, há que se ter muito cuidado em relação à metodologia construtiva deste núcleo em estágios, de forma a garantir realmente uma efetiva dissipação de temperaturas no processo de consolidação das camadas lançadas.

Em relação à metodologia construtiva propriamente dita do núcleo asfáltico, foram considerados criteriosamente os principais aspectos e procedimentos de campo, com a adoção de um rigoroso programa de controle e monitoramento da obra, em suas diferentes fases de implantação. Ainda assim, problemas diversos impactaram o curso normal das atividades de campo, particularmente em termos de desalinhamentos do núcleo, variações dos teores do concreto asfáltico na mistura e lançamento de camadas com variações de temperatura em relação à prescrita nas especificações técnicas de projeto. Em todos estes casos, foram adotadas medidas corretivas, destacadas no texto da dissertação, que se mostraram bastante consistentes.

Problemas mais graves foram detectados na região das cotas mais baixas da fundação da barragem, devido a surgências de água na superfície da camada lançada e compactada de núcleo asfáltico. A intervenção adotada consistiu na remoção completa do núcleo lançado nesta área, até a locação do plinto, complementada por um amplo programa de injeções profundas (inclusive aditivadas) em toda a extensão do trecho, complementada por vistorias detalhadas e aplicação de tratamentos específicos locais para a completa recomposição do novo núcleo nesta região.

7.2 – SUGESTÕES PARA TRABALHOS COMPLEMENTARES

Como temas de pesquisa complementares, no sentido de melhorar ou enfatizar aspectos específicos das premissas e dos procedimentos construtivos de núcleos asfálticos como elementos de vedação de barragens de grande porte, com base na experiência do autor com a implantação de uma estrutura deste tipo na barragem principal da UHE Jirau, são feitas as seguintes recomendações gerais:

• estudo de traços da mistura asfáltica e da utilização de baixas temperaturas na implantação de núcleos asfálticos, com ênfase nas características de autoadensamento para misturas ricas em CAP e na eficiência da compactação das misturas em campo;

• estudos específicos e mais detalhados sobre a influência das taxas de dissipação das temperaturas entre as diferentes camadas do bloco induzidas e limitadas pelo confinamento da camada superior recém-lançada;

• estudos específicos para análise das potenciais características de autocicatrização de núcleos asfálticos;

• estudos específicos para análise dos efeitos de fadiga de núcleos asfálticos decorrentes das variações das cargas hidráulicas montante / jusante da barragem;

• Estudo da oxidação do CAP no interior do maciço, com o passar do tempo, e sua influencia na permeabilidade e vida útil da estrutura.

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