ATERRO TESTE DE CONCRETO COMPACTADO A

ROLO ( CCR) PARA A UHE XINGO

Eng° Francisco Gladston Holanda (1)Eng° Oscar Machado Bandeira (2)

EngQ Jose Edson Furtado de Mendonga (3)Eng4 Lucas Suassuna Filho (3)

(1) Promon Engenharia ltda.(2) Hidroservice Engenharia Ltda.

(3) CHESF - Companhia Hidro E16trica do Sao Francisco

RESUMO

0 aterro experimental em CCR na obra do Xing6 foi projetado no sentido de avaliaro dessmpenhoda solugao proposta para a protegao de jusante do macigo galgavel a zonas do reconstituigaomassivas do fundagao em rocha da calha do vertedouro.Os resultados desejados a previstos conforms relacionados no item 1 foram plenamenteatingidos.

Como resultado adicional , o macigo experimental, construido no leito de um pequeno notemporario corn fundagao em rocha semelhante a litologia apresentada nos locais projetadospars o use do CCR, loi galgado em polo monos tres vezes , desde a sua conclusao.No galgamento mais expressivo , a lamina d 'agua chegou a atingir cerca de 1,00 m por sobre acrista , devido a uma cheia.O CCR aplicado , corn consumo do aglomorante variando entre 60 a 120 Kg/m3, corn base noconceito de mistura pobre em teor do material cimenticio, apresentou excelente comportamentoa esforgos abrasivos por agao da agua em velocidade.

Nenhum desgaste expressivo foi percebido nos degraus do jusante , acabados no pr6prio CCR.

1. INTRODUcAO E ESCOPO

Este trabalho apresenta consideragOes do projeto, deensaios de controle e t6cnicas de construgao do aterro

teste executado em CCR na barragem da UHE de Xing6de propriedade da CHESF.

Os servigos executados nests pequena barragem expe-rimental tiveram como principais objetivos:• Verificagao da espessura ideal da camada ( o projeto

havia indicado o valor de 400 mm);• Crit6rio de Limpeza a tratamentos superficiais das

juntas de CCR;• Conhecimento pr6vio das propriedades de controle

do CCR no estado fresco : Trabalhabilidade VeBe,Umidade da Mistura e Massa Unitaria ap6s acompactagao;

• Emprego de concretos convencionais de face, seloe de regularizagao;

• Execugao de Interface do CCR corn estrutura deenrocamento.

Al6m disso o aterro experimental serviu como Area depratica , treinamento e orientagao , na sedimentagao doprocesso construtivo e definigao de parAmetros parsfiscalizagao e controle de qualidade de macigos execu-tados em CCR na obra, nos locais indicados poloprojeto.

2. CONCEPcAO DE PROJETO

0 Lay-Out apresentado nas Figuras 1, 2 e 3, indica ascaracteristicas dimensionais a de arranjo do aterro

Ieste.

3. EXECUcAO

Todo o CCR do aterro experimental (Volume de CCR =719,0 m3) foi concluido no decorrer de uma semana detrabalho.

Uma interrupgao programada no ingamento dascamadas foi introduzida , visando explorar o conceito dematuridade do CCR, diferenciando - se a forma de trata-mento da superficie.

3.1 Rocha de Fundagao

A rocha de fundagao, de mesma litologia do local daobra , foi preparada mediante a retirada de solos decobertura e materiais alterados.

Posteriormente a limpeza adicional corn agua sob pres-

sao foram aplicados concretos dentais e de regulari-

zagao , em quantidade suficiente apenas para permitir o

acesso de caminhoes, rolos compactadores, tratores,

etc.

N5o foram executados tratamentos por injegao de cal-

das de cimento.

XX Seminario Nacional de GrandesBarragens 111

0x

J

!!i0

El. 36.50

EAll 34,50

E El. 36,50 LINHAE

Lool 1-01PLANTA

FIGURA 1 - PLANTA ATERRO-TESTE

LINHA BASE DA ESTRUTURA

El. 36,10

FLUXO

FIGURA 2 - SUPERFICIE VERTEDOURA

El. 36,50

FIGURA 3 - SUPERFICIE NAO VERTEDOURA

CONCRE TO

9%

SE DAUTURA

400

Th

112 XX Seminerio National de Grandes Barragens

3.2 Face de Montante

Conforme indicado no det.1 da figura 3, a face demontante foi executada em concreto convencional as-sociado a formas de madeira , com volume langado de85,50 m3.

A mistura convencional de face apresentou a seguintecomposigAo (Kg/m3):

MATERIALS (Kg/m)

Cimento 230

Pozolana 34

Agua 150

Areia Natural 647

Areia Fina 120

Brita 1 552

Brita 2 672

3.3 Declividade do Jusante

Observa -se quo , com o use de forma , qualquer decli-vidade dos degraus a jusante pods ser obtido Para umdeterminado arranjo de CCR.

No caso especifico do aterro -teste de Xingo , a declivi-dade de 1 ,3 H : 1,0 V, coincide com a mesma indicadaPara a segAo de galgamento do macho da barragemprincipal.

3.4 Interface do CCR corn Enrocamento

Foi prevista a execugeo simultanea do CCR e oIngamento de enrocamento da segao de galgamento,e o aterro teste foi utilizado para verificar a factibilidadede execugeo da proposigao de projeto, resumida naFigura 4 abaixo.

No aterro -taste, a execuaao deste detalhe foi materia-lizado ao longo dos contatos do macigo de CCR com osabragos das ombreiras construldas em enrocamentoconforme se indicou na Figura 1.

De modo a complementar o entendimento desta inter-face enrocamento /CCR, apresenta-se na Figura 5, asfaixas granulomgtricas dos materials de enrocamentode transicao, zona III e do pr6prio CCR.

3.5 Produoo e Langamento

Para o aterro teste, o CCR foi produzido na central deconcreto convencional da obra, jA qua por ocasiao daexecuaao, o pug- mill ainda estava em fase de aquisicaopor parte do Consorcio- Construtor.

0 CCR foi transportado e lancado atraves de caminhOesbasculantes em volumes da ordem de 4,0 m3 porunidade de transports.

3.6 Espalhamento a Compactacao

0 espalhamento do CCR foi executado mediante oemprego de tratores dos tipos D - 6 e D-4 da Caterpillar.

Para compactagao da camada de 400 mm de espes-sura , conforme projeto, foram testados dois tipos derolo:

• Rolo tipo CA-35 da Dynapac.

• Rolo tipo CA-25 da Dynapac.

Para atingir o grau de compactagfio minimo de projeto,estabelecido em 96% foram necessirios de 8 a 10passadas com o rolo CA-35.

3.7 Tratamento de Juntas -Concreto de Selo

As juntas entre camadas de CCR foram tratadasmediante ar comprimido Para remogao do material naoaderido e detritos superficiais.

Ato continuo a limpeza , foi indicado o processo doingamento da camada seguinte de CCR, antecedidopor aplicagao de uma camada de concreto conven-cional plastico do concreto de solo, com volume de 27,5m3.

Composigao do concreto convencional de solo: fck -15,0 MPa aos 90 dias.

ANCORAGENS S PARAMENTO DE JUSANTEt

0

ACASAMENTO NA FORMA

DE DEGRAUSe0

0

0

IN

IN,IN,

^ENROCAMENTO DE

TRANSI;AO ( D mdt .• O,40i

L ZONA 8 N.

U ¢,00 - 4.00N

FIGURA 4 - SEcAO DE GALGAMENTO - CONCEPcAO DE PROJETO

XX Seminlrio Nacional de Grandes Barragens 113

4

40.

1

PENEIRAS (ASTM)

00.zyU l00 N 1 4 VZ I 8

-.16

90 1. ^ 1(

e r

1 ^ i7o ^ II

CCR60 -- -41

^/ III

50 - Sl

40

of64

30 1 -0 0 0 004 n0 1

Zo

10

4 ^ 10 e^ , 1C

S I CASCALHO MATACAO

FIGURA 5 - GRADUACOES DOS MATERIALS - CCR VERSUS ENROCAMENTO

MATERIALS ( Kg/rn3)

Cimento 198

Pozolana 72

Agua 170

Areia Natural 712

Areia Fina 102

Brita 992

Incorporador de Ar 0.135

Retardador do Pega 0.945

4. CONTROLE DE QUALIDADE

4.1 Materials Constituintes a MisturasExperimentais de CCR

4.1.1 Materials Cimenticios

Foram empregados o cimento do marca Atol, tipo CP-32e a pozolana Poty obtida atravas de calcinacao emoagem de argilas.

A composigao destes materiais, atravas de suas pro-priedades expressivas constam nas Tabelas 1 e 2.

4.1.2 Agregados

0

0

4.1.2.1 Agregado Miudo

O agregado milido da mistura de CCR foi composto deduas areias naturais obtidas de jazidas do proprio leito

do Rio Sao Francisco (Areia n° 1) a ao longo de

depositos das margens (Areia no 2).

A Tabela 3 apresenta as caracteristicas principais dosdois agregados citados.

Na pratica , a combinacao de 30% de areia natural nQ 2+ 70% de areia nQ 1, constituiu o agregado mi6do doCCR na fase de execucao do aterro teste.

4.1.2.2 Agregados Graudos

Foram empregados nas misturas de CCR do aterro, trasfrag6es distintas de material britado a partir de rocha degranito-gnaisse.

As granulometrias dos materiais britados sao apresen-tadas na Tabela 4.

TABELA 1 - PROPRIEDADES MEDIAS DO CIMENTO ATOL, CP-32

A. PROPRIEDADES FISICAS n Xn Sn Vn

Porcentagem Retida na # 200 119,0 2,86 1,04 36,40

Finura Blaine, cm2/g 117,0 3078,00 259,00 8,40

- Massa Especifica, g/cm3 117,0 3,11 0,02 0,82

Tempo de Inicio de Pega , minutos 40 .0 147,00 8,74 6,00

Resistancia a CompressAo, MPa:Aos 3 dias 40,0 19,10 1,38 7,20

Aos 7 dias 37,0 26,10 1,65 6,30

Aos 28 dias 22,0 35.10. 1,40 4,00Calor de Hidratagao, CaVg:

Aos 3 dias 60,2 - - -Aos 7 dias 74 , 7 - - -

114 XX Seminerio Nacional de Grandes Barr agens

B. PROPRIEDADES GUMICAS , % n Xn Sn Vn

Perda ao Fogo 20 3,54 0,77 21,8Residuo Insoluvel 20 1,36 0,33 24,7Si02 20 22,43 1,13 5,1Fe203 20 1,83 0,14 7,6A1203 20 4,63 0,61 13,2CaO Total 20 64,70 1,92 3,0Mg0 20 0,40 0,20 49,2S03 20 1,50 0,35 23,0NO 20 0,04 0,03 67,3K20 20 0,62 0,14 22,0

- Equiv. Alcalino em Na2O 20 0,44 0,10 21.6- CaO Livre 7 2,80 -- Composicao de Bogue:

- C3S 20 54,61 8,04 14,7- C2S 19 23,63 8,37 35,4- C3A 20 9 ,21 1,18 20,1- C4AF 20 5,56 0,42 7,6

Onde:

n = numero de ensaios;Xn = resultado medio;Sn = desvio padrfio;Vn = Cooticiente de variacao

TABELA 2 - PROPRIEDADES MEDIAS DA POZOLANA POTY

A. PROPRIEDADES FISICASn Xn B . PROPRIEDADES

QUMICAS, %n Xn

Massa Especifica, g/cm3 10 2,65 - Perda ao Fogo 3 7,80Finura Blaine , cm2/g 10 10.025,00 1" 3 52 01Teor de Agua Requerida, % 7 105,40

,

Atividade PozolAnica:

20

AI 3 3 14.90

Com a Cal, 7 dial, Kgf/cm2 6 101,00 - Fe203 3 5,15Com o Cimento aos 28 dias

Mg0 3 2,32porcentagern em relacAo aoControle 7 100,20 - SO3 3 1,41

ReducAo da Expansao aos 14 dias, % 5 82,30 - Si02 + A1203 + Fe203 3 72,10

TABELA 3 - PROPRIEDADES DA AREIA NATURAL TABELA 4 - PROPRIEDADES DOS MATERIALSBRITADOS

GRANULOMETRIA(% Retida Acumulada )

Peneira NQ

AreiaN91

AreiaN92

4 3 0

8 12 0

16 33 2

30 71 3

50 94 8100 100 70

Modulo de finura 3,13 0,83Massa especifica , g/cm3 2,61 2,62Absorcao 0,60 0,9Material que passana 4 200, % 0,90 4,0

GRANULOMETRIA(% Retida

Acumulada )Peneira N9

Brita n21

(Q max.19 mm)

Brita n22

(4 max.38 mm)

Brita n93

max.64 mm)

4 - -

3 - - 15

21/2 - - 671 1/2 - 4 100

1 2 85 1003/4 19 100 1003/8 78 100 100n24 100 100 100

Modulo de Finura 6,97 8.04 9.15Massa Especifica 2,71 2,72 2,72

XX Seminario Nacional do GrandeeBarra ens 115

4.1.2.3 Composicao dos Agregados

A composiqAo total dos agregados das misturas de CCRfoi ajustada Segundo as diretrizes do ACI-207.5R-88 edo acordo com a seguinte exprossao:

1/3P - (^ mb. ) x 100, onde:

P = Porcentagem do material qua passe namaiha de abertura d;

d = Abertura da malha de determinada peneira, em mm;

4max . = Diametro maximo do agregado graudo namistura de CCR , em mm . (no caso da obrade Xingb , ^ max . = 64 mm).

Como resultado das considerag6es acima , arbitrou-sea faixa granulomatrica apresentada na Tabela 5 para acomposicao granulomOtrica do CCR:

TABELA 5 - FAIXA GRANULOMETRICA PARACOMPOSIQAO DOS AGREGADOS PARA CCR

ABERTURA DAPENEIRA EMPOLEGADAS

% QUE PASSA EMPESO

21/2 1002 85-98

1 1 /2 78 - 901 67 - 79

3/4 61 - 733/8 49 - 57nQ 4 34 - 46nQ 8 26 - 37

nQ 16 18 - 27nQ 30 14 - 21nQ50 10- 17

nQ100 6-13nQ 200 3-10

4.2 Propriedades do CCR no Estado Fresco

O controls da densidade do CCR no aterro foi feitoatravgs do processo do anel metalico , muito utilizado nocontrole de solos e enrocamentos compactados.

O ensaio oonsiste na retiradado CCR, internamente aoanel cravado na superficie da camada , ate o topo dacamada sub - jacente . 0 material 6 acondicionado ap6spesado , para execugAo do ensaio de umidade . Deter-mina-se o volume do furo executado e posteriormentecalcula-se a densidade . 0 ensaio 6 concluido dentro decerca de 20 minutos ap6s conduida a compactagoo dacamada em ensaio.

A Tabela 6 a seguir , apresenta os valores de densidadee umidade obtidos " in situ", comparativamente aosvalores m6dios de onsaios do laborat6rio obtidos paraas misturas experimentais.

TABELA 6 - TEOR DE UMIDADE, TEMPO DETRABALHABILIDADE, VeBe E DENSIDADE DO CCR

Proprie-Pista Misturas Exp. do

dadaExperimental Laborat6rio

n Xn n Xn Sn Vn

Teorde 16 6,5 66 9 ,21 0,71 7,7umidade,

Tempo de - - 42 32 , 4 9,55 29,6trabalha-bilidade

VeBe seDensida 16 2410 65 2378 38 1,6dek/m3

4.3 Propriodades do CCR no Estado Endurecido

4.3.1 Rosistancia a Comprossao

Os resultados de resistancia a compressao foram ob-tidos atrav6s de cilindros 4 15 x 30 cm em amostra deCCR peneirada na maiha de 38 mm , submetida a mesavibrat6ria do aparelho de VeBe , e em amostras de CCRintegral com o emprego de cilindros 0 25 x 50 cm,adensados com um compactador manual.

Os resultados mgdios obtidos a idade do 90 dias paracada mistura empregada , estao indicados na Tabela 7

4.3.2 Permeabilidade "In Situ"

Os ensaios foram conduzidos para as camadas 8 e 9do macigo, imediatamente depois dos trabalhos doadensamento corn o rolo . despeito de pouca idade doCC R, os resultados obtidos foram excelentes , conformepodem ser apreciados atrav6s da Tabela 8.

5 GALGAMENTO DO ATERROEXPERIMENTAL

Palo menos em trgs vezes o aterro teste foi galgado.sendo not6rios as seguintes registros :

5.1 0 primeiro galgamento ocorreu quando o macigo deCCR ja havia sido concluido (trinta dias depois) osabragos com enrocamento ja langados , a menos dasegao de saprolito para impermeabilizagao de mon-tante das estruturas enrocadas.

Pela falta do material de solo , durante a cheia,rompeu-se o macigo de enrocamento da margemesquerda , expondo a regiao de interface com oCCR.Nenhum dano foi observado no macigo do CCR.

52 Os dois galgamentos subsequentes , mesmo com oenrocamento da ombreira esquerda destruido,chegou a atingir da ordem de 1,00 m acima da cristado aterro.

Ainda desta vez, nenhum dano foi observado nassuperficies aparentes com acabamento em CCR.

116 XX Seminerio Naciona l de Grandee Barragens

TABELA 7 - RESULTADOS DE RESISTENCIA A COMPRESSAO AOS 90 DIASCONTROLE DO ATERRO TESTE

MISTURA DE CCR UTILIZADA RESISTENCIA A COMPRESSAO AOS 90 DIAS DE IDADE , Kgf/cm2

EM MOLDES DE 015 X 30 CM EM MOLDES DE 025 X 50 CM

1-80-25 -64 10.1 7.711-80-25 -64 12.7 12.5III-50-15-64 4.3 6.3

IV-100-30-64 20.5 17.8

TABELA 8 - ENSAIOS DE PERMEABILIDADE"IN SITU" DO CCR

ENSAIO CAMADA COTA K

(m) (cm/seg)

1 8 35,70 1,4 x 10.62 8 36,14 9,7 x 10'7!^ 9 3 6, <9 3,2 X W

6. CONCLUSOES

As seguintes conclusoes foram possiveis a partir doaterro testa:• Habilitacao pravia do Construtor e da Fiscalizarao

da obra para execuaao do CCR nos locais indicados

em projeto.

• Estabelecimento antecipado das condig6esminimas necessarias para elaboracao dos ensaiosde controls.

• Definicao do comboio de equipamentos para com-pactacao da espessura da camada de projeto eatendimento dos demais par5metros especificadospara o CCR.

0

000

Com os galgamentos sucessivos registrados, oprojeto pode avaliar previamente , qual seria o com-portamento do macigo galgavel concebido em CCRna forma de degraus , nos mesmos moldes do aterroexperimental.

• 0 use de concretos convencionais do face a de solo,anteciparam o manuseio destes concretos empresenca do CCR, com vistas a aplicacaes similaresnos enchimentos massivos e recomposic5o derocha na estrutura do vertedouro da obra.

• Futuramente ser5o programados na secao do aterroexecutado , extrag6es de testemunhos e cortes deblocos para verificacao das propriedades de modulode deformagao , angulo de atrito e coes5o, fora e aolongo do piano de juntas entre camadas.

7. AGRADECIMENTOS

A CHESF - Companhia Hidro Elatricado Sao Francisco,PROMON Engenharia Ltda.e HIDROSERVICE Enge-nharia Ltda, pela autorizacao da publicacao deste traba-Iho e a todos os profissionais direta ou indiretamenteenvolvidos no projeto e execugAo.

JUNTA TIPO II

\REGULARIZACA0

FIGURA 6 - TRAC;OS UTILIZADOS NA EXECUcAO DO ATERRO TESTE

U

U

II

lII

I

XX SeminArio Nacional de GrandesBarragens 117

^^^